[發明專利]一種同時合成SiO2納米線和SiC晶須的方法

無效

• 申請號: 200810062358.1
• 申請日: 2008-05-09
• 公開（公告）號: CN101319368A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 陳建軍;王耐艷;王彩華;高林輝;金達萊
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C30B29/10
• 分類號: C30B29/10;C30B29/36;C30B29/62;C01B33/12;C01B31/36
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種同時合成SiO₂納米線和SiC晶須的方法。?

背景技術

近年來，準一維納米材料由于其獨特的物理、化學性質，以及在納米電子學和光電子學器件中巨大潛在的應用前景，引起了人們對其合成和性能研究的極大興趣。SiO₂納米線具有發射藍光的特性，是一種極有前途的熒光材料，在納米光電子學等領域有重大潛在的應用價值。關于二氧化硅納米線的制備方法較多，主要的制備方法有：激光融蝕法、熱蒸發法、溶膠凝膠法和化學氣相沉積法等。例如：Dai等以熔融的鎵為催化劑，硅烷為氣源，采用化學氣相沉積法在1150℃制備了SiO₂納米線(Nano?Letters，2003，3(9)：1279-1284)。Liu等在試圖以鎵為原料制備GaN納米線的實驗中意外得到了超長的SiO₂納米線陣列(Adv.Mater.2002，14(2)：122-124)。Liang等通過物理蒸發包含Fe和硅粉的二氧化硅干凝膠的方法合成了非晶的SiO納米線(Journal?of?Non-Crystalline?Solids，2000，277：63-67)。在國內方面，吳萍采用活性炭還原SnO2粉末得到的金屬錫作為催化劑，在硅片上生長出SiOx納米線(《汕頭大學學報：自然科學版》2006年21卷.4期：36-40)。Dai等以熔融的鎵為催化劑，硅烷為氣源，Pan等以熔融的鎵為催化劑，硅片、SiO粉或硅烷為硅源，制備了各種形貌的SiO₂納米線(《清華大學學報：自然科學英文版》2005年10卷6期：718-728)。以上方法制備SiO₂納米線均不很理想，如存在催化劑、產量少、制備設備復雜等方面問題，進一步探求更先進的制備SiO₂納米線的方法是非常必要的。?

SiC晶須具有高的化學穩定性、高硬度和高比強度、以及抗高溫氧化性，并能與鋁、鈦、鎂等金屬和氧化鋁、氧化鋯等氧化物有很好的化學相溶性和潤濕性，故為制備金屬基和陶瓷基復合材料的主要補強增韌材料之一。已廣泛應用于機械、電子、化工、能源、航空航天及環保等眾多領域。此外，SiC晶須與其體材料相比，具有高的禁帶寬度，高的臨界擊穿電場和熱導率，小的介電常數和較高的電子飽和遷移率，以及抗輻射能力強，機械性能好等特性，成為制作高頻、大功率、低能耗、耐高溫和抗輻射納米光電子器件的理想材料。目前生產SiC晶須的方法大體上可分為兩種，一種為氣相反應法，即用含碳氣體與含硅氣體反應；或者分解一種含碳、硅化合物的有機氣體合成SiC晶須的方法。另一種為固體材?料法，即利用載氣通過含碳和含硅的混合材料，在與反應材料隔開的空間形成SiC晶須的合成方法。在這兩種方法中，Si和C都必須為氣相或進入液相成分利用VLS法合成SiC晶須。SiC晶須制備的反應機理主要有：用VLS法制取SiC晶須(“蒸氣-液體-固相”法)，和通過VS機理合成SiC晶須(只涉及固、氣兩相，整個生成過程不涉及液相存在)。具體制備SiC晶須的方法有許多：用稻殼合成、有機硅化合物熱分解、鹵化硅與CCl₄等混合氣體反應、含硅氧化物碳熱還原制備SiC晶須等等。但用以上方法制備SiC晶須均不很理想，如存在環境污染、制備設備復雜等方面問題。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種同時合成SiO₂納米線和SiC晶須的方法，以溶膠-凝膠碳熱還原法制備SiO₂納米線和SiC晶須。?

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：?

1)先以正硅酸乙酯和去離子水為原料，正硅酸乙酯與去離子水的體積比為3∶1～1∶1，無水乙醇為溶劑，與正硅酸乙酯和去離子水的總體積比為1∶1～1∶3，鹽酸為催化劑數滴，制備SiO₂溶膠；?

2)在溶膠凝膠之前，加入納米活性炭黑粒子，超聲分散，然后陳化凝膠，將凝膠于烘箱中90℃處理，獲得含C的SiO₂干凝膠，SiO₂和C的摩爾比范圍為3∶1至1∶3；?

3)將此干凝膠粉碎后放入石墨坩堝中，蓋上拋光的石墨片，放入真空高溫燒結爐，抽真空到1～100Pa，充入氬氣保護，然后升溫到1200～1600℃保溫1～10小時。最后關掉加熱電源，在循環水冷卻的情況下使爐子自然冷卻至室溫，打開燒結爐取出試樣，發現坩堝內部生長了許多白色絮狀的產物SiO₂納米線和同時蓋在坩堝上的石墨片表面有一層淡綠色產物SiC晶須。?