[发明专利]一种具有周期性孪晶结构的碳化硅纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备方法，具体的说是涉及一种具有周期性孪晶结构的碳化硅纳米线的制备方法。

背景技术

线状纳米材料在电子、光电子、机械等方面都有极其重要的应用，其优异的物理及化学性能已经引起了科学工作者的高度关注。作为一种重要的半导体和陶瓷材料，碳化硅纳米线因其特殊的物理及化学性质成为研究热点之一，它们具有高的物理、化学稳定性、高的传导率、介电常数低、禁带宽度大、耐腐蚀和抗氧化等特点，使得其在高温、高频、抗辐照的半导体器件方面有广阔的应用前景；优异的弹性、硬度、韧性等机械性能，使其可作为陶瓷、金属及聚合物等基体符合材料的增强剂。此外，碳化硅纳米线还显示了特殊的光学及电学特性，使得其在微电子和光电子技术方面有重要应用前景。

碳化硅纳米线的性质与其微观形貌有关，为了得到各种形貌的碳化硅纳米结构材料，人们开发了多种碳化硅纳米结构材料制备技术。例如：中国专利(公开号CN1834309A)公开了一种合成两种不同形貌的碳化硅纳米线的方法。该方法以Si粉与多壁碳纳米管作为原材料置于氧化铝坩埚内，将坩埚置于Ar气气氛下的真空高温烧结炉内，升温至1410-1600℃，恒温3-9个小时，即得到直的、直径分布较均匀的并且无层错等缺陷的碳化硅纳米线和具有葫芦状纳米碳化硅。中国专利(公开号CN1762801A)提出了一种合成珠状碳化硅纳米线的制备方法。该方法以碳源、硅源和稀土金属盐为原料制备了碳硅二元凝胶，所得干凝胶在氩气气氛下，升温至1250-1400℃，恒温反应3-20小时，所得样品经除碳，酸洗，最后得到珠状碳化硅纳米线。中国专利(公开号CN 1962433A)公开了一种制备含有半生非晶态球状结构的碳化硅纳米线的方法。该方法按照碳硅比为2∶1-5的比例配制蔗糖和硅溶胶的透明溶胶，在温度为60-95℃下对其进行凝胶化处理，所得凝胶置于氩气气氛下的烧结炉内，以5-30℃的升温速率进行加热，在1350-1700℃温度下烧结0.5-4小时，冷却到室温即得到含有半生非晶态球状结构的碳化硅纳米线。此外，DangqingZhang等(Nano.Letter.2003 3 983-987)报道了一种用等离子增强化学气相沉积制备碳化硅纳米弹簧的方法。然而，具有周期性孪晶结构的碳化硅纳米线的制备方法未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有周期性孪晶结构的碳化硅纳米线的制备方法。

周期性孪晶结构对材料的光学、电子、机械以及化学性质有重要的影响，特别是孪晶晶界能产生一种有利的能量，对材料的电子及机械性能产生重大影响。机械性能研究表明在铜纳米材料中孪晶晶界通常作为断层的障碍去阻止变形行为的发生。周期性的孪晶结构，可能赋予碳化硅纳米线独特的光学性质、电学性质和机械性能，因此这种材料在纳米器件、复合材料增强以及光电子领域中有潜在应用前景。

本发明是通过下列方法实现的：

(1)、将1-4重量份联苯溶于2-11重量份的丙酮中，加入0.03-0.2重量份的硝酸盐，搅拌使之溶解，在搅拌条件下，将3-7重量份的正硅酸乙酯加入上述溶液中，混合均匀，加入0.01-0.2重量份的草酸促进正硅酸乙酯水解，在室温下水解6-72小时，形成溶胶；

(2)、在溶胶中加入0.1-0.4重量份的六次甲基四胺，形成凝胶，所得凝胶在80-110℃条件下干燥5-30小时，得到干凝胶；

(3)、将干凝胶在氩气条件下，升温至1200-1400℃，恒温反应3-20小时，自然冷却至室温后在600-800℃空气中氧化1-6小时，除去未反应的碳，再用盐酸和氢氟酸的混合酸洗，最后经水洗、烘干，得到具有周期性孪晶结构的碳化硅纳米线。

如上所述的硝酸盐为硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍等。

如上所述的盐酸和氢氟酸的混合酸的体积比为1∶2-5之间。

本发明制备的具有周期性孪晶结构的碳化硅纳米线，其直径在50-300纳米之间，长度在10-100微米之间。

本发明的特点是采用一种简单易行的溶胶凝胶和碳热还原技术，制备出具有周期性孪晶结构的碳化硅纳米线(典型结构见附图1-4)。在该技术中，联苯作为碳源，正硅酸乙酯为硅源，硝酸盐作为生长助剂和形貌控制剂。设备简单、生产成本低、反应温度较低。

附图说明

图1为所得碳化硅纳米线的SEM图。

图2为所得碳化硅纳米线的HRTEM图。

图3为所得碳化硅纳米线的HRTEM图。

图4是图3的傅立叶转换。