有序多孔硅的制備及濕度傳感性能研究.pdf

1、多孔硅是具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和性能的新型無(wú)機(jī)功能納米材料，被廣泛地應(yīng)用于光電器件、微電子系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)和傳感領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)腐蝕法制備的多孔硅存在孔道雜亂、尺寸無(wú)法精確控制的問(wèn)題。制備孔道規(guī)整、尺寸均一可調(diào)且形態(tài)多樣的有序多孔硅，從而豐富多孔硅材料的形貌和結(jié)構(gòu)，以此拓寬多孔硅的應(yīng)用領(lǐng)域，是近年來(lái)多孔硅研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　本文以二氧化硅介孔分子篩為模板，在氬氣氣氛下，通過(guò)低溫鎂熱還原法，制備了兩種具有不同微觀形貌和孔道結(jié)構(gòu)的多孔硅，并對(duì)多

2、孔硅的晶相組成、微觀形貌和孔道結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了詳細(xì)的表征。最后分別將兩種不同微觀形態(tài)的多孔硅產(chǎn)物制成傳感元件進(jìn)行濕度傳感性能研究。主要研究成果及結(jié)論如下：
　　（1）通過(guò)系列的實(shí)驗(yàn)研究，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，利用金屬鎂做還原劑，在650℃的較低溫度下，以SiO2：Mg=1:2.5的摩爾比進(jìn)行鎂熱還原反應(yīng)，將具有規(guī)整一維孔道結(jié)構(gòu)的MCM-41二氧化硅介孔分子篩還原為多孔硅（Si-MCM-41）。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)鎂熱還原反應(yīng)，原模板骨架上的無(wú)定形二

3、氧化硅轉(zhuǎn)化為多晶性質(zhì)的多孔硅，產(chǎn)物在很大程度上繼承了原模板的微觀形貌，并且擁有與其相似的規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)和較為均一的孔徑。與原模板相比，產(chǎn)物多孔硅的結(jié)構(gòu)較為疏松，使其擁有更高的孔隙率。
　?。?）在同樣實(shí)驗(yàn)條件下，通過(guò)鎂熱還原具有二維孔道結(jié)構(gòu)的SBA-15二氧化硅介孔分子篩，成功制備了多孔硅Si-SBA-15，該產(chǎn)物繼承了原模板的蠕蟲(chóng)狀結(jié)構(gòu)，并且擁有與其相似的規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)和較為均一的孔徑。
　?。?）分別將所得兩種不同微觀結(jié)構(gòu)的

4、多孔硅制成敏感元件，對(duì)其濕度傳感性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明：所得兩種多孔硅材料對(duì)濕度都具有較高的靈敏度，感濕范圍都較廣，能夠探測(cè)飽和鹽溶液提供的濕度范圍從33％RH～95%RH，且其感濕特性曲線的分段線性度都較好，濕滯回差都較小。其中，Si-SBA-15濕敏元件的響應(yīng)時(shí)間較短（吸濕40s，脫濕25s）。
　?。?）通過(guò)鎂熱還原法制備的兩種不同微觀形態(tài)多孔硅都是多晶結(jié)構(gòu)，且都在很大程度上繼承了原有序介孔二氧化硅模板的微觀形貌，擁有與原模