帶你認識生物基團以及金屬納米粒子改性修飾硅納米線(SiNWs)

硅納米線是一種新型半導體光電材料，具有納米材料所特有的小尺寸效應，經表面改性的硅納米線具有不同于普通硅納米線的特殊性質。本文主要介紹硅納米線表面改性的進展，包括為應用于納米電子技術中提高電子傳輸率和電路布線時達到更好歐姆接觸而進行的硅納米線表面金屬改性，闡述了金屬在硅納米線中的存在形態，以及應用于納米傳感器技術中為檢測特定化合物及生物基團而進行的硅納米線表面有機物及生物改性。

1 ）金屬納米粒子改性硅納米線

雖然在合成硅納米線時可以通過改變工藝條件提高產量，但要通過控制硅納米線的生長過程來提高電子的傳導性卻非常困難，而硅納米線在電子及光電器件中應用時要求具有很高的電子傳 輸率，以便電路布線時能夠很好地實現歐姆接觸，這就要求必須在合成硅納米線時引入其它能夠 改變硅納米線物理特性的元素來實現電子傳輸率的提高。鑒于金屬良好的電子傳輸特性以及抗氧化性，金屬在材料的表面改性中得到了廣泛應用，國際上很多科學家開始采用在硅納米線表面通過化學方法沉積納米金屬，由于金屬的引入，硅納米線的電子傳輸特性有了很大的提高，在電路布線時金屬改性的硅納米線具有很好的歐姆接觸。研究中發現在氫氟酸溶液中硅納米線表面氧化物在常溫下很容易被氫氟酸腐蝕，并且硅原子和氫原子在硅納米線外表面成鍵，氫對于硅納米線表面可發揮清潔和穩定的作用，其穩定性大大超出常規硅，并且硅氫鍵在含有金屬離子溶液中很容易被貴金屬離子氧化，金屬離子得到電子后成為金屬單質沉積在硅納米線的表面，或者形成穩定的硅化物。

2）硅納米線表面金納米粒子改性

Li 等[13]采用熱氣相沉積法合成硅納米線后成功通過氬離子濺射雙邊沉積方法在硅納米線表 面沉積了金的納米粒子薄層(如圖 1 所示)。在硅納米線的外表面包覆著一層納米金粒子，選區電子衍射對實驗產物的晶體結構觀測表明在硅納米線中有Si、Au 及金的硅化物(如 Au3Si、Au5Si、 Au7Si 等)。研究者通過透射電鏡(TEM)分析認為硅納米線表面沉積納米金粒子的過程是：(1)多面 體納米金粒子(粒徑約 5nm)吸附在硅納米線的表面，一部分納米金粒子被 SiO2 層包覆，離子束濺 射時，吸附著的 SiO2 配合基開始消失，留下帶負電的硅原子，由于表面張力作用一部分金納米 粒子開始沉入硅納米線中；(2)部分納米金粒子吞沒在先融入的金晶體中形成金薄層，還有部分的金納米顆粒和帶負電的硅原子結合成硅金化合物(主要是 Au3Si)；(3)金納米粒子重新排列成整 齊的晶格結構，形成整齊的金薄層。經納米金粒子表面改性的硅納米線具有很好的電子傳輸特性。

圖 1 硅納米線外表面被包覆納米金粒子層的TEM 圖像 及選區電子衍射圖像圖 2 硅納米線表面銀改性的 TEM 圖像

1.3 硅納米線表面金屬銅改性

由于銅的電阻率較金屬鋁要低很多，表面銅改性的硅納米線在半導體納米器件集成電路中具

有廣闊的應用前景。Qi 等[15]采用激光燒蝕硅靶合成了硅納米線，并以銅棒為銅源，經高溫淬火， 金屬銅在高溫條件下升華并和硅納米線中的硅原子成鍵生成銅硅化合物。研究者通過透射電子顯微分析顯示硅納米線頂部是一個納米粒子球狀體其銅硅摩爾比值為 3.4，球體邊緣銅硅摩爾比值為 2.6，而硅納米線的線部銅硅摩爾比值為0.05。選區電子衍射分析及對銅硅化合物理論計算分析表明納米粒子為Cu16Si4 化合物，而不是納米銅粒子，在分界面處為單晶硅，鑒于銅在硅中具有很高的溶解性，在晶體空隙處溶解了高密度的金屬銅，研究者認為在硅納米線的生長過程中發生了化學反應和原子的散射[16,17]，在高溫條件下銅在晶體硅中具有很高的散射而且硅晶體空隙較大，所以銅原子溶解在硅納米線中并在冷卻過程中銅原子聚集而形成銅硅化合物。

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硅納米線的表面改性

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硅納米線表面銀納米粒子改性

硅納米線表面金納米粒子改性

硅納米線表面金屬銅改性

硅納米線表面有機物改性

鈀修飾的硅納米線

硅納米線的表面修飾硼和鎂

硅納米線的表面修飾鈀和銠

在硅納米線的表面修飾上了鈀的納米顆粒

聚核苷酸修飾修飾硅納米線

熒光配體修飾硅納米線

金修飾的硅納米線

銀修飾的硅納米線

鎂修飾的硅納米線

硼修飾過的硅納米線

鈀修飾的硅納米線

三氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性硅納米線

維生素 H 改性硅納米線

硅納米線表面生物改性

肽核酸(PNA)進行硅納米線表面改性

硅納米線表面摻雜硼和磷

丙烯酸亞磷酰胺基團改性硅納米線

硅納米線表面修飾MPTES

基于藍寶石襯底的硅納米線(SiNWs)

納米銀修飾硅納米線陣列

碲修飾的硅納米線(SiNWs)

聚吡咯表面修飾硅納米線(SiNWs)

鎳修飾硅納米線(SiNWs)

在硅納米線陣列的表面修飾普魯士藍分子

氫端終止的硅納米線

硅納米線薄膜上修飾帶有氧化銀殼層的銀顆粒

硅納米線薄膜上修飾氧化亞銅

以上資料來自下齊岳生物小編hzn2021.02.24