图案化多孔硅制备、表征与爆炸特性研究

论文摘要

图案化多孔硅是在硅片上形成的具有一定形状和尺寸图案的多孔硅,具有以纳米硅原子簇为骨架的海绵状结构,它既具备多孔硅的诸多优良性质,同时还具有局部区域图形化、尺寸可控等特征,在光电子器件、电池、生物传感器等领域得到了广泛应用。同时多孔硅因其高爆炸特性、爆炸产物环境危害少和与全硅基生产工艺相容等特性而受到世界各国的广泛关注,而对其爆炸性能的研究还不甚成熟,论文结合国内外研究现状,开展了图案化多孔硅的制备、表征及爆炸性能的研究工作,具体内容包括:①研究了氧化时间、电流密度、HF浓度、掺杂类型等阳极氧化条件对多孔硅孔隙率、膜层厚度的影响规律,通过实验条件优化,得到制备图案化多孔硅的条件为:n硅,光照,HF含量30%,电流密度35～45mA/cm2,氧化时间15min。②通过在硅基体上预光刻各种不同线宽以及不同形状的图案,制备得到图案化多孔硅,研究不同光刻尺寸对制备得到的多孔硅形貌的影响,同时对电化学氧化过程中氮化硅保护层的腐蚀行为进行了研究。③采用SEM, FT-IR, PL等对图案化多孔硅进行结构和性质表征。结果表明,多孔硅表面SEM图中可观察到细的形状不规则的裂纹,从剖面图中可以很明显的看到硅刻蚀的通道;图案化多孔硅表面存在大量Si-Hx键;图案化多孔硅发射波长为650nm,即图案化多孔硅可发射红光。④对图案化多孔硅的爆炸性能进行了研究,其与硝酸钆组成的体系用电火花引爆时能较好传爆,以爆炸声强为参数考察了多孔硅的孔隙率、膜层厚度、孔体积、氧化剂填充量等结构参数对其所组成的体系爆炸性能的影响。⑤研究了采用无水乙醇保存、在空气中放置以及采用UV稳定化处理三种方法保存的多孔硅爆炸性能和发光性能,并研究了随着存放时间的延长,多孔硅光致发光峰位和峰强的变化以及爆炸性能的变化。⑥通过对多孔硅/硝酸钆体系的爆炸现象、爆炸前后的SEM分析以及通过FT-IR对多孔硅和硝酸钆体系的表面化学键的分析,结合普通炸药的爆炸机理,尝试对多孔硅爆炸机理进行分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 图案化多孔硅的国内外研究现状
• 1.2.1 PPS 制备方法
• 1.2.2 PPS 形成机理
• 1.2.3 PPS 特殊的理化性质
• 1.2.4 PPS 潜在应用领域
• 1.3 多孔硅爆炸性能研究现状
• 1.4 论文研究目的及研究内容
• 1.4.1 论文的研究目的
• 1.4.2 论文主要研究内容
• 2 实验
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 仪器
• 2.1.2 材料与试剂
• 2.2 图案化多孔硅的制备
• 2.2.1 图案设计
• 2.2.2 光刻工艺
• 2.2.3 氧化装置设计
• 2.2.4 制备流程
• 2.3 图案化多孔硅的表征
• 2.3.1 结构参数测定
• 2.3.2 微观结构
• 2.3.3 表面化学组成
• 2.3.4 发光性能
• 2.4 多孔硅的储存
• 2.4.1 多孔硅储存方法
• 2.4.2 储存时间对发光性能和爆炸性能影响
• 2.4.3 储存方法对表面化学组成影响
• 2.5 图案化多孔硅含能材料制备及其爆炸性能评价
• 2.5.1 图案化多孔硅含能材料制备方法
• 2.5.2 图案化多孔硅含能材料爆炸性能评价
• 3 结果与讨论
• 3.1 图案化多孔硅制备条件对其理化性质的影响
• 3.1.1 电化学阳极氧化条件对多孔硅理化性质的影响
• 3.1.2 氮化硅保护层的形貌与图案尺寸变化
• 3.2 图案化多孔硅理化性质变化特征
• 3.2.1 图案化多孔硅微结构
• 3.2.2 图案化多孔硅表面化学组成
• 3.2.3 图案化多孔硅发光性质
• 3.3 图案化多孔硅含能材料爆炸性能
• 3.3.1 图案化多孔硅爆炸性能
• 3.3.2 孔隙率（P）、膜层厚度（d）、孔总体积（Vp）对爆炸性能的影响
• 3.3.3 贮存方法对多孔硅爆炸性能的影响
• 3.3.4 图案化多孔硅含能材料爆炸机理初探
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录