[发明专利]发光立方相碳化硅纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅纳米线的制备方法，尤其是可大量制备立方相碳化硅纳米线的制备方法，该方法关键在于利用无机硅源和碳源，用较简单经济的工艺，批量制备立方相碳化硅纳米线。这些纳米线的直径在100 nm以下，长度为几十微米。在紫外光激发下，这些纳米线有较强蓝光发射。

背景技术

碳化硅是第三代半导体材料的典型代表，立方相碳化硅(3C-SiC)纳米线具有一系列优于碳化硅体材料或碳化硅体材料不具备的特殊性能。如碳化硅纳米线的热、化学稳定性优良，可用于极端环境中；杨氏模量高于600 GPa，表明其可作为一种理想的增强增韧添加剂材料；纳米线在紫外到蓝光范围内有较好的光发射，这表明其可应用于光电领域；此外，3C-SiC纳米线还有一些极特殊的性能，如优良的光催化性能，优异的场致发射性能，良好的生物兼容性，高储氢能力，理想的隧道显微镜针尖材料，催化剂载体材料等。碳化硅纳米线这一系列优异性能，使之在信息技术、能源、环境、材料和生物技术等各个领域具有极广泛的应用前景。

目前还缺少一种简单安全、能大批量制备形貌尺寸都均一可控的立方相碳化硅纳米线生产工艺。根据现有的报道，已有一些物理化学方法，包括物理蒸发法，化学气相沉积法，碳热还原法，碳纳米管模板法，电弧放电法，水热法，激光烧蚀法等用于制备碳化硅纳米线，但是这些方法还不能被大规模的工业生产所采用。这主要是因为这些方法常常需要一些非常苛刻的实验条件，如高制备温度(最高达1700 °C)，高真空(以防碳源或硅源高温下氧化)，水热法所必需的高压等。一些有毒、易燃易爆的有机物有时被用来提供硅源或碳源，有些反应物的价格昂贵，如碳纳米管。大多制备方法生成物的量有限，且工艺过程复杂，这些都会限制碳化硅纳米线的实际应用。所以现在碳化硅纳米线的实际应用领域一个急需解决的问题，就是是寻找一个安全、廉价，并且可以批量生产的制备工艺。

因此，本发明提出了一种简单安全、可大批量制备立方相碳化硅纳米线工艺技术。

发明内容

本发明目的在于克服现有制备碳化硅纳米线工艺的缺陷，提供一种可以较大批量，工艺过程安全、简单、经济的碳化硅纳米线的制备技术。该技术方案以一氧化硅(SiO)和活性碳粉末为原料，在氩气保护、无真空的环境下，高温反应生成直径100 nm以下，长度为几十微米以上的立方相碳化硅纳米线。这些纳米线具有强蓝光发射。

本发明目的是通过以下技术方案实现的，发光立方相碳化硅纳米线的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)粉碎一氧化硅粉末：将市售分析纯一氧化硅粉末与玛瑙球(作为球磨媒介)一起加入聚氟乙烯罐中，玛瑙球与一氧化硅粉末的重量比约为10-15:1，再在其中加入无水乙醇浸没玛瑙球与一氧化硅粉末，然后密封，用行星式球磨机球磨12-24小时，转速为每分钟300-400转；球磨后的糊状物在60-80 oC，减压条件下干燥，得到尺度为几百纳米的纳米一氧化硅粉末；

(2)高温反应生成立方相碳化硅纳米线：将经过球磨后的纳米一氧化硅粉末与活性碳粉末，分置于一个长型氧化铝舟的两端，纳米一氧化硅粉末与活性碳粉末的摩尔比为1:2-3，一氧化硅粉末与活性碳粉末疏松地平铺于氧化铝舟中，中间间隔0.9-1.1 cm，然后在平铺有一氧化硅粉末与活性碳粉末的氧化铝舟上面对面盖上一个规格相同的氧化铝舟，将其放在一个氧化铝管中，并一起置于一水平管式炉中，在2小时之内将管式炉分次加热至1200-1300 oC，保温2-4小时后关闭管式炉电源，自然降温至室温；在管式炉加热之前，往氧化铝管中通入纯度为99%的氩气，流量为每分钟500 立方厘米，时间为20分钟，以排除管道中的空气；开始加热后，氩气的流量降到每分钟40立方厘米，直至管式炉降温至室温，制得立方相碳化硅纳米线混合物；

(3) 立方相碳化硅纳米线的纯化：在制得立方相碳化硅纳米线混合物中收集高温反应后的活性碳粉末堆，去除反应后剩余的活性碳粉末，将活性碳粉末堆在空气中加热至为600-700 oC，保温2-3小时，即得到立方相碳化硅纳米线，该立方相碳化硅纳米线在紫外光激发下，有较强的蓝光发射。