[發明專利]一種硅化物納米帶/納米片的可控制備方法

無效

• 申請號: 200810011088.1
• 申請日: 2008-04-18
• 公開（公告）號: CN101560694A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 成會明;張宏立;李峰;劉暢;聞雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C30B29/10
• 分類號: C30B29/10;C30B29/60;C30B25/00;C01B33/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域：

本發明涉及可控制備硅化物納米結構的技術，具體為一種硅化物納米帶或 納米片的制備方法。

背景技術：

硅化物由于具有高熔點、高強度、高抗氧化性和腐蝕性、窄帶隙以及低電 阻等特點，在微/納電子器件和高溫結構材料方面具有良好的應用前景。特別是 過渡金屬硅化物(如NiSi、TiSi₂、CoSi₂)，當前正被廣泛應用于半導體工業中 (如CMOS器件)作為歐姆接觸、肖特基勢壘接觸、門電極、局域互連材料等。 隨著半導體工業中器件尺寸的不斷減小，傳統的基于自上而下思想的平版印刷 方法已不能滿足納米尺度上的要求。然而，基于自下而上的思想制備出的各種 納米結構的硅化物卻具有滿足這種納米尺度上要求的可能性。同時在電化學能 量存儲領域，納米結構的硅化物也具有良好的應用前景。因為硅化物作為鋰離 子電池的負極材料可以與鋰發生可逆合金化反應，并且能夠展現遠高于傳統石 墨負極材料的電化學容量。不幸的是，微米級硅化物的循環能力一般都比較差。 然而，通過使用納米結構的硅化物來減小合金化過程中的絕對體積變化，有希 望同時實現高容量和穩定的循環性能，這將極大地推動高能量密度鋰離子電池 的發展。因此納米硅化物可望應用于納米器件和鋰離子電池負極材料

目前，對于納米結構的硅化物來說，其制備方法仍然比較復雜、昂貴，不 適合大規模的應用，并且當前的各種方法只能制備出納米線狀形態的硅化物， 不能合成出納米帶或納米片狀的硅化物。比如，Liber等人和Kohno等人利用 Si納米線做模板分別制備了NiSi和FeSi₂納米線；Nogami等人根據與Si(001) 基體晶格匹配上的各向異性，合成了自組裝的外延稀土硅化物納米線；Bischoff 等人利用FIB技術輔助了CoSi₂納米線的生長；Kim等人通過氣相輸運的方法 制備了亞穩的Fe₅Si₃和CoSi納米線。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種簡單、可控的制備硅化物納米帶或納米片的方 法，為了進一步研究納米結構的硅化物特有的物理化學性質以及盡早實現其在 納米器件和鋰離子電池負極材料方面的實際應用，首要解決的任務是擴大和提 高它們的種類、形態及制備產量。

本發明的技術方案是：

一種硅化物納米帶/納米片的可控制備方法，通過使用氯代硅烷和氫氣在金 屬基體表面發生化學反應，從而在基體表面原位生長出硅化物納米帶或納米片。

所述的硅化物納米帶/納米片的可控制備方法，將金屬基體片放到加熱爐中 心處，并以1～15K/min速率在惰性保護氣體下將加熱爐升溫到500～1500℃， 然后以氫氣為載氣將氯代硅烷引入到加熱爐中，同時還需再引入另一路氫氣作 為稀釋氣體，通過調節兩路氫氣的流量，經過10～180分鐘反應后，實現可控 地選擇制備出硅化物納米帶或納米片。

所述的硅化物納米帶/納米片的可控制備方法，對于制備硅化物納米帶，稀 釋氣體與載氣的流量比在3～10范圍內；對于制備硅化物納米片，稀釋氣體與 載氣的流量比在1～3范圍內。

所述的硅化物納米帶/納米片的可控制備方法，稀釋氣體與載氣的總流量則 根據制備規模相應地確定，在50～3000mL/min范圍內選擇。

所述的硅化物納米帶/納米片的可控制備方法，金屬基體選擇Fe、Co、Ni、 Ti、Cr、Pt、Pd、W、Mo、Ta、Nb、Ru、Re、Ir、Os、Mn或Zr。

所述的硅化物納米帶/納米片的可控制備方法，氯代硅烷選擇SiHCl₃和SiCl₄中的一種或兩種混合物。

所述的硅化物納米帶/納米片的可控制備方法，惰性保護氣體選擇氮氣、氬 氣或氦氣。

所述的硅化物納米帶/納米片的可控制備方法，所制備硅化物納米帶的典型 尺寸為：長度10～50μm，寬度0.5～5μm，厚度100～200nm；所制備硅化物 納米片的典型尺寸為：長度和寬度都在5～50μm，厚度10～100nm。

本發明的有益效果是：

1、本發明通過向反應室內同時引入氯代硅烷與氫氣在金屬基體表面于 500～1500℃下發生分解反應，從而在金屬基體表面原位生長出硅化物納米帶或 納米片。通過控制氯代硅烷與氫氣的流量比就可以容易地實現納米帶或納米片 的選擇制備。