[發明專利]一種圖案化的碳化硅納米線和硅納米線一維復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110441453.8
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113278933B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 白潔;王強;張承雙;楊大祥
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學綠色航空技術研究院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/58;C23C14/06;C23C14/04;C23C14/02;C01B32/984;C01B33/021;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

本發明公開了一種圖案化的碳化硅納米線和硅納米線一維復合材料，包括由碳化硅納米線和原位生長于碳化硅納米線陣列內的硅納米線以及分布于碳化硅納米線和硅納米線生長端的金屬顆粒，所述硅納米線以圖案化的形式分布于碳化硅納米線的至少一個區域；能夠實現在同一基底上不同材料和不同區域的功能化設計，實現圖案化的碳化硅納米線和硅納米線復合材料的可控制備，碳化硅納米線和硅納米線的復合薄膜呈現明顯的圖案化邊界。

技術領域

本發明涉及領域一維納米材料領域，具體涉及一種圖案化的碳化硅納米線和硅納米線一維復合材料及其制備方法。

背景技術

一維納米材料因具有大的表面積和區別于塊體材料的獨特光、電、磁等性能，使其在微觀物理以及納米器件的生產方面有很大的應用前景。而大部分制備方法只能制備均勻的單一產物。隨著納米器件的發展，單一產物的一維納米材料已不能滿足納米器件的要求，且不能實現在同一基底上不同區域依據功能化需求的訂制。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種圖案化的碳化硅納米線和硅納米線一維復合材料及其制備方法，能夠實現在同一基底上不同材料和不同區域的功能化設計，且制備過程可控。

本發明的圖案化的碳化硅納米線和硅納米線一維復合材料，包括由碳化硅納米線和原位生長于碳化硅納米線陣列內的硅納米線以及分布于碳化硅納米線和硅納米線生長端的金屬顆粒，所述硅納米線以圖案化的形式分布于碳化硅納米線的至少一個區域；

進一步，所述碳化硅納米線由硅基底和沉積于硅基底上的碳催化生長而成；

進一步，所述金屬顆粒由催化碳化硅納米線和硅納米線生長的催化劑形成；

進一步，所述金屬顆粒為鎳。

本發明的圖案化的碳化硅納米線和硅納米線一維復合材料的制備方法，包括以下步驟：

a.利用磁控濺射系統在繪制了掩膜圖案的硅基底上沉積碳膜，制備硅/碳復合膜層；

b.將步驟a中的硅/碳復合膜層去除掩膜圖案后，在硅/碳復合膜層表面沉積金屬膜層，制得硅/碳/鎳的復合膜層；

c.將步驟b中的復合膜層進行熱處理，制得圖案化碳化硅納米線和硅納米線的復合薄膜；

進一步，步驟a中，采用直寫法在硅基底上繪制掩膜圖案；

進一步，步驟a中，先利用磁控濺射系統對硅基底表面進行反濺清洗，然后再利用磁控濺射系統通過碳靶對基底沉積碳膜；

進一步，步驟b中，利用磁控濺射系統對金屬靶先進行預濺射處理，再通過鎳靶對基底沉積鎳膜；

進一步，步驟a中，在真空度為8-12×10^-5Pa時，壓強為4-6Pa時，Ar氣環境下對硅基底表面進行反濺清洗15-25min；反濺清洗完畢后在濺射功率為90-110W，氣體流量為90-110sccm下對碳靶預濺射3-7min后將氣壓強調節至0.8-1.2Pa，在襯底加25-35V的脈沖負偏壓，通過碳靶對基底沉積碳膜，沉積時間25-35min；

步驟b中，在真空度為8-12×10^-5Pa，壓強為4-6Pa，Ar氣環境下，在濺射功率為140-160W，氣體流量為90-110sccm下對鎳靶預濺射3-7min后，將氣壓調節至0.8-1.2Pa，在襯底加70-90V的脈沖負偏壓，通過鎳靶對基底沉積鎳膜，沉積時間8-15s；

進一步，步驟c中，將復合膜層在真空管式爐中退火，退火溫度900-1100℃，保溫1-3h自然冷卻至室溫。

本發明的有益效果是：本發明公開的圖案化的碳化硅納米線和硅納米線一維復合材料及其制備方法，能夠實現在同一基底上不同材料和不同區域的功能化設計，實現圖案化的碳化硅納米線和硅納米線復合材料的可控制備，碳化硅納米線和硅納米線的復合薄膜呈現明顯的圖案化邊界。