專利名稱：一種碳化硅納米線的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種碳化硅納米線的制備方法領域。
背景技術(shù)：
碳化硅材料自問世以來，以優(yōu)良的耐高溫、耐磨耗、耐腐蝕、高強度和高導熱性能，作為各種制品應用不同領域。并因其具有的寬禁帶、高擊穿電場、高漂移飽和速度和高熱導率在大功率和高頻率器件應用方面具有巨大潛力。而一維SiC納米線的彈性、硬度、韌性等機械性能都比SiC塊體、SiC晶須要高，因此一維SiC納米線成為陶瓷、金屬、聚合物材料增強劑的極有希望的材料。而且一維SiC納米線還是具有出色電學性能的半導體，高的導熱率(350～490w/mk)，寬的帶隙和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性使其有望成為制作大功率、高頻率、可以工作在惡劣環(huán)境下的半導體器件材料。目前制備一維SiC納米結(jié)構(gòu)的方法主要有碳納米管模板生長法和還原法等。
文獻Z.W.Pan，H.L.Lai，F(xiàn).C.K.Au，X.F.Duan，W.Y.Zhou，W.S.Shi，N.Wang，C.S.Lee，N.B.Wong，S.T.Lee，S.S.Xie，Adv.Mater 12(2000)，1186.報道了一種碳化硅納米線的制備方法。用導向的C納米管與SiO反應生成導向的SiC納米線。首先他們用熱解乙炔法制得導向的排列整齊的C納米管，直徑為10～40nm，長度可達2mm，垂直于鐵/SiO2襯底生長，管與管之間的空隙約100nm。以制備的C納米管和純度為99.9％的SiO粉末為原料放在通有氬氣(50cm3/min)保護的爐中加熱到14000C保溫2小時，得到與C納米管相似的SiC納米線，垂直于襯底生長，直徑10～40nm，長度可達2mm。這種方法制備的SiC納米線具有β晶相，呈實心結(jié)構(gòu)，外面沒有無定型物質(zhì)包裹，排列整齊，穩(wěn)定性好，有高密度的發(fā)射尖端所以有望應用于真空微電子器件中，其制備的納米線長度取決于使用的碳納米管的長度。
文獻J.Q.Hu，Q.Y.Lu，K.B.Tang，B.Deng，R.R.Jiang，Y.T.Qian，W.C.Yu，G.E.Zhou，X.M.Liu，J.X.Wu，J.Phys.Chem.B 104(2000)，5251.報導了Hu等人利用還原碳的化合物法制得了SiC納米線。反應方程式如下
具體實驗過程取適量的CCl4(50ml)、Si粉末(1.44g)、Na(4.74g)放在容積為50ml的鈦合金高壓容器中，加熱到700℃并保持10～48個小時，然后冷卻到室溫。在反應的開始，反應器里的氣壓很大，隨著CCl4被Na還原氣壓隨之減小，得到的經(jīng)稀的HF、HNO3除去未反應的Si，然后再將產(chǎn)物在空氣中加熱到600℃并保持3個小時以除去其中的C，這個過程會使產(chǎn)物氧化而在表面生成無定形SiO2，所以再將產(chǎn)物放到稀HF以除去SiO2，然后用去離子水清洗以除去NaCl和其它雜質(zhì)而得到最后的產(chǎn)物。經(jīng)分析是具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的SiC納米線，直徑為15～20nm，長度為5～10μm。用這種方法制備的SiC納米線直徑分布比較均勻，這種方法制備的SiC納米線具有的孔洞結(jié)構(gòu)而造成了嚴重的堆垛層錯，其光吸收帶出現(xiàn)明顯的藍移。
以上兩種方法非常復雜，采用的原料貴，對設備的要求很高，前者制備的納米線長度取決于使用的納米管的長度，后者合成的納米線長度僅有幾十微米，因此需要一種原料便宜易得，工藝簡單易于控制，設備要求低且能夠合成長度更長的碳化硅納米線。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種原料便宜易得、工藝簡單易于控制且設備要求低的碳化硅納米線的制備方法。
本發(fā)明所述的碳化硅納米線是指結(jié)晶的SiC納米線。
本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法如下將不含氧的硅烷置于剛玉坩堝或剛玉舟內(nèi)，將剛玉坩堝或剛玉舟放在耐高溫板上面，然后把耐高溫板推入高溫爐，排出爐內(nèi)氧氣，并以6-15sccm的速率通入惰性氣體保護，以5-15℃/min的速度將爐溫升到1000-1100℃，保溫1-3小時后自然降到室溫。在耐高溫板的上方和下方均有白色羊毛狀碳化硅納米線生成。
本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法原理是在高溫下硅碳鍵首先斷裂，產(chǎn)生甲基自由基團，這種甲基基團會進一步裂解產(chǎn)生碳和甲烷或碳和氫氣。碳與Si反應就會生成碳化硅納米線。
本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法，其中所說的不含氧的硅烷可以是六甲基硅氮烷、六甲基二硅烷或聚二甲基硅烷等。
本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法，其中所說的耐高溫板可以是氧化鋁板、氮化硼板等。優(yōu)選氧化鋁板。
本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法，其中所說的高溫爐是指石英管式爐或氧化鋁管式爐。
本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法，其中所說的惰性氣體優(yōu)選為氬氣。
本發(fā)明的有益效果由本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法所得產(chǎn)物均為碳化硅納米線，長度比現(xiàn)有的大多數(shù)方法制備的碳化硅納米線提高了2個量級，且制備方法簡單，原料便宜易得，設備要求簡化，成本低。
圖1是本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法實施例1的產(chǎn)物的掃描電鏡照片。
圖2是本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法實施例1的產(chǎn)物的透射電鏡照片。
圖3是本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法實施例2的產(chǎn)物的掃描電鏡照片。
圖4是本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法實施例2的產(chǎn)物的透射電鏡照片。
圖5是本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法實施例3的產(chǎn)物的掃描電鏡照片。
圖6是本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法實施例3的產(chǎn)物的透射電鏡照片。
具體實施例方式
實施例1將六甲基硅氮烷5ml置于剛玉坩堝，將坩堝放在厚度20mm的耐高溫氧化鋁板上面，然后把氧化鋁板平推入石英管式爐中央。往石英管中通入氬氣足夠長時間以排出氧氣。以10℃/min的速度將爐溫升到1000-1100℃，保溫2小時后自然降到室溫，此過程一直通氬氣保護，通入速率為6sccm左右。在氧化鋁板的上方和下方均有白色羊毛狀碳化硅納米線生成，長度最長達3毫米，平均長度超過2毫米，經(jīng)透射電鏡檢測，直徑為7-100nm，且碳化硅是結(jié)晶的。產(chǎn)物的掃描電鏡和透射電鏡照片分別如圖1、2示。
實施例2將六甲基二硅烷5mL放入剛玉坩堝，將坩堝放在厚度20mm的耐高溫氧化鋁板上面，然后把氧化鋁板平推入石英管式爐中央。往石英管中通入氬氣足夠長時間以排出氧氣。以15℃/min的速度將爐溫升到1000-1100℃，保溫3小時后自然降到室溫，此過程一直通氬氣保護，通入速率為10sccm左右。在氧化鋁板的上方和下方均有白色羊毛狀碳化硅納米線生成，平均長度約2毫米。所得產(chǎn)物直徑為10-120nm，且碳化硅是結(jié)晶的。產(chǎn)物的掃描電鏡和透射電鏡照片分別如圖3，4示。
實施例3將聚二甲基硅烷5ml置于剛玉坩堝，將坩堝放在厚度20mm的耐高溫氧化鋁板上面，然后把氧化鋁板平推入石英管式爐中央。往石英管中通入氬氣足夠長時間以排出氧氣。以5℃/min的速度將爐溫升到1000-1100℃，保溫1小時后自然降到室溫，此過程一直通氬氣保護，通入速率為15sccm左右。在氧化鋁板的上方和下方均有白色羊毛狀碳化硅納米線生成，長度最長達3毫米，平均長度超過2毫米，經(jīng)透射電鏡檢測，直徑為10-130nm，且碳化硅是結(jié)晶的。產(chǎn)物的掃描電鏡和透射電鏡照片分別如圖5，6示。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅納米線的制備方法，該方法是將不含氧的硅烷置于剛玉坩堝或剛玉舟內(nèi)，將剛玉坩堝或剛玉舟放在耐高溫板上面，然后把耐高溫板推入高溫爐，排出爐內(nèi)氧氣，并以6-15sccm的速率通入惰性氣體保護，以5-15℃/min的速度將爐溫升到1000-1100℃，保溫1-3小時后自然降到室溫。
2.如權(quán)利要求1所述的碳化硅納米線的制備方法，其特征在于所說的不含氧的硅烷是六甲基硅氮烷、六甲基二硅烷或聚二甲基硅烷。
3.如權(quán)利要求1所述的碳化硅納米線的制備方法，其特征在于所說的耐高溫板是氧化鋁板或氮化硼板。
4.如權(quán)利要求1所述的碳化硅納米線的制備方法，其特征在于所說的高溫爐是石英管式爐或氧化鋁管式爐。
5.如權(quán)利要求1所述的碳化硅納米線的制備方法，其特征在于所說的惰性氣體為氬氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳化硅納米線的制備方法領域。本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法如下將不含氧的硅烷置于剛玉坩堝或剛玉舟內(nèi)，將剛玉坩堝或剛玉舟放在耐高溫板上面，然后把耐高溫板推入高溫爐，排出爐內(nèi)氧氣，并以6－15sccm的速率通入惰性氣體保護，以5－15℃/min的速度將爐溫升到1000－1100℃，保溫1－3小時后自然降到室溫。由本發(fā)明所述的碳化硅納米線的制備方法所得產(chǎn)物均為碳化硅納米線，長度比現(xiàn)有的方法制備的碳化硅納米線提高了2個量級，且制備方法簡單，原料便宜易得，設備要求簡化，成本低。
文檔編號B82B3/00GK1899960SQ20051002803
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者蔡克峰, 雷強 申請人:同濟大學