[發(fā)明專利]碳化硅納米顆粒及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113105245A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王城;周加文;夏維東
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥碳藝科技有限公司
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/626;H01L33/50;B82Y10/00;B82Y40/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 張夢媚

本發(fā)明公開了一種碳化硅納米顆粒及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法采用含硅有機前驅(qū)體作為碳源和硅源，將其引導(dǎo)至大氣壓非平衡等離子體區(qū)域，在等離子體誘導(dǎo)下反應(yīng)制得超細非晶碳化硅納米顆粒，該制備工藝步驟簡單，反應(yīng)條件溫和且成本低廉，具有應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷和光電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅納米顆粒及其制備方法，還涉及該碳化硅納米顆粒的應(yīng)用。

背景技術(shù)

碳化硅是一種重要的半導(dǎo)體材料，其具有優(yōu)異的熱、力、光、電等特性，可用于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。碳化硅根據(jù)其結(jié)構(gòu)的有序性可分為晶體碳化硅和非晶體碳化硅，相比于晶體碳化硅納米材料，非晶碳化硅納米材料中Si和C的化學計量比可調(diào)，從而改變微觀結(jié)構(gòu)，繼而影響其電子結(jié)構(gòu)，從而使其具有一系列獨特的光電性能。

目前關(guān)于非晶碳化硅，研究比較多的是非晶碳化硅薄膜，主要是利用低溫化學或物理氣相沉積、中子轟擊、離子束合成等方法制備非晶態(tài)碳化硅薄膜。然而，目前關(guān)于超細非晶碳化硅納米顆粒(粒子平均粒徑小于10nm)的制備方法幾乎沒有，其中，Synthesis ofamorphous silicon carbide nanoparticles in a low temperature low pressureplasma reactor.Nanotechnology 19,no.32(2008):325601.中報道了使用微波等離子體在低溫低壓條件下分解四甲基硅烷，連續(xù)氣相合成了粒徑小于10nm的非晶碳化硅納米顆粒，但是這種方法要求等離子體區(qū)的壓強維持在1-10Torr,這使得其工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的成本較高；專利公開號為CN105236410A的中國專利申請報道了一種發(fā)光非晶碳化硅納米顆粒的制備方法，其以拋光的3C-SiC多晶為靶材，采用脈沖激光燒蝕法，得到了分散于去離子水中、平均粒徑在10nm左右的非晶碳化硅納米顆粒，但該方法的設(shè)備成本較高，并且其采用的原料為高純度的碳化硅多晶片，價格昂貴，使得其整體成本較高，同樣不適于工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；此外，專利公開號為CN1445164A的中國專利申請中公開了利用直流電弧等離子體作為熱源，以CH₃SiCl₃作為原材料，經(jīng)電弧加熱分解獲得碳化硅粉體，但該工藝中獲得的碳化硅粒度較大在0.08～0.5μm之間，且獲得的碳化硅為晶體碳化硅。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明有必要提供一種碳化硅納米顆粒及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法采用含硅有機前驅(qū)體作為碳源和硅源，成本低廉，且制備工藝簡單，制得的碳化硅納米顆粒為超細非晶納米結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有的非晶碳化硅納米顆粒制備工藝中存在的步驟復(fù)雜、成本較高的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種碳化硅納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

提供含硅有機前驅(qū)體作為碳源和硅源；

引導(dǎo)所述含硅有機前驅(qū)體至大氣壓非平衡等離子體區(qū)域，在等離子體的誘導(dǎo)下反應(yīng)，獲得碳化硅納米顆粒。

進一步的，所述含硅有機前驅(qū)體選自甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、乙基硅烷、六甲基二硅烷中的至少一種。

進一步的，所述大氣壓非平衡等離子體區(qū)域的形成采用電弧放電、微波放電、輝光放電中的至少一種。

進一步的，所述大氣壓非平衡等離子體區(qū)域中，等離子體的工質(zhì)氣體選自氬氣、氮氣、氫氣、氦氣中的至少一種。

優(yōu)選的，所述工質(zhì)氣體的流量在2-50slm。

進一步的，所述含硅有機前驅(qū)體中硅原子的摩爾流量與所述工質(zhì)氣體的摩爾流量之比不高于1：20。

進一步的，所述大氣壓非平衡等離子體區(qū)域中，等離子體的電子1.0-5.0eV，重粒子溫度為300-1000K，氣體平均溫度為300-1000K，放電氣壓為1.0bar，放電功率為10-1000W。