硅纳米线的制备及含能化研究

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本文以p型单晶硅片为原材料,选用金属辅助化学刻蚀法中的“两步法”制备得到形貌均一、与硅衬底结合紧密的硅纳米线。随后以高氯酸钠为氧化剂,采用真空填充与物理混合两种方式复合得到硅纳米线含能材料。探究了刻蚀时间与硅片电阻率对硅纳米线含能材料放热及燃烧性能的影响规律。获得的主要研究结果如下:硅片电阻率对硅纳米线的表面粗糙度具有明显影响,随着硅片电阻率的减小,硅纳米线表面由光滑变得粗糙多孔,且单晶结构被破坏;以电阻率812Ω·cm的硅片为原材料,制备的硅纳米线长度与刻蚀时间呈线性相关,其刻蚀速率约为0.36μm·min-1。采用DSC对物理混合的硅纳米线含能材料进行热性能测试,结果表明:随着刻蚀时间增加硅纳米线含能材料的放热量逐渐减少,随着硅片电阻率的减小其放热量增大,其中以电阻率为0.0010.005Ω·cm的硅片制得的硅纳米线含能材料放热量最高,达1543J·g-1。对真空填充的硅纳米线含能材料进行激光点火测试,结果表明:随着刻蚀时间的增加,硅纳米线含能材料火焰持续时间更长、亮度更高;随着硅片电阻率的减小,火焰亮度变高。针对硅纳米线填充高氯酸钠后易吸湿的问题,采用在硅纳米线上依次填充高氯酸钠、硫的方式可以有效缓解样品的吸湿性;激光点火测试表明,该方法制得的样品在火焰大小、持续时间上均优仅填充高氯酸钠的样品。通过分析不同电阻率的硅纳米线的反应活性发现,由较低电阻率硅片制得的硅纳米线,虽然其氧化程度增加,但粗糙多孔的结构是使它表现出较高反应活性的关键因素。
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