立方相碳化硅3C-SiC納米材料的制備及方法

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立方相碳化硅(3C-SiC)具有許多的力、熱、光和電學(xué)性能，這使它在溫、大功率、壓、頻等條件下的應(yīng)用。納米3C-SiC具有多體相所沒(méi)有的性能，如藍(lán)光發(fā)射和場(chǎng)發(fā)射性能、光催化、氫存儲(chǔ)、彈性模量等，已成為當(dāng)前半導(dǎo)體納米材料研究的之一。

對(duì)于如何制備簡(jiǎn)單、，產(chǎn)量地3C-SiC量子點(diǎn)、納米球和一維納米材料的方法，研究它們的結(jié)構(gòu)與性能。可采取如下方法進(jìn)行制備研究：

1、以顆粒尺寸在微米量級(jí)3C-SiC粉末為，通過(guò)科研的與硝酸化學(xué)腐蝕、聲振蕩，在乙醇中可制備出3C-SiC納米小顆粒。這些納米顆粒的直徑在1.5到6.5 nm之間，呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布，可幾分布(可幾分布一般指概然分布)直徑為3.6 nm。其中小顆粒的形成過(guò)程如下：化學(xué)腐蝕使原始大顆粒表面形成一些多孔或溝壑狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，聲振蕩使這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)粉碎，形成量子點(diǎn)并脫落在乙醇中。在Xe燈照射下，3C-SiC-乙醇溶液表現(xiàn)出烈、穩(wěn)定的光致發(fā)光效應(yīng)，當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)從260 nm增加到480 nm時(shí)，發(fā)光峰位從420 nm紅移512 nm。分析與計(jì)算結(jié)果表明，其發(fā)光來(lái)源于量子限制效應(yīng)造成的3C-SiC小顆粒中光激發(fā)載流子的帶帶復(fù)合。

2、將硅片蓋在裝有硫化鋅(ZnS)和活性碳混合粉末的坩鍋上，在常壓、氬氣保護(hù)下，1150℃加熱4小時(shí)，在硅片下表面得到的3C-SiC納米球。這些納米球表面光滑，直徑在20430 nm之間。硅片上表面的生成物是3C-SiC納米線。在ZnS粉末的輔助作用下，硅片上可生成的較活性的Si及其氧化物SiOx，而管道中殘存的氧氣和活性炭生成CO氣體，Si、SiOx和CO氣體間發(fā)生碳熱還原反應(yīng)，生成3C-SiC納米材料，其機(jī)制可歸為氣-固模式。

3、用一種簡(jiǎn)單的方法，以活性碳、Si和ZnS粉末為，可制備的3C-SiC納米線。這些納米線的直徑為8-60納米，長(zhǎng)度為幾微米。有一些納米線的彎曲處，存在非晶區(qū)域，其中包裹有直徑為幾納米、晶化的小晶粒。3C-SiC納米線的成核與原因可歸于一種在氧與硫輔助下的氣-固反應(yīng)模式。尤其在波長(zhǎng)為375 nm的紫外光激發(fā)下，3C-SiC納米線在去離子水中的懸浮液在548 nm處有一發(fā)光峰，這與納米線的非晶氧化硅殼層有關(guān)。該非晶殼層被去除后，原位于548 nm處的發(fā)光峰消失。出現(xiàn)的發(fā)光峰，隨激發(fā)波長(zhǎng)從300 nm增加到375nm，從417 nm紅移484 nm處，這種可調(diào)的紫-藍(lán)發(fā)光來(lái)源于納米線彎曲處小顆粒的量子限制效應(yīng)?！?/span>

4、將Si粉球磨減小尺寸后，與活性炭混合，在常壓下1250℃加熱4小時(shí)，制備了針狀與Y形的3C-SiC納米須。同樣的條件下，用未球磨過(guò)的Si粉，生成物是直徑、表面光滑程度都不同的3C-SiC納米棒和納米竹節(jié)結(jié)構(gòu)，并伴有一定量的未反應(yīng)完的Si顆粒。反應(yīng)中殘留的氧氣在3C-SiC成核與生成過(guò)程起關(guān)鍵作用。當(dāng)反應(yīng)被觸發(fā)后，3C-SiC納米結(jié)構(gòu)的可以不再需要消耗氧氣而繼續(xù)進(jìn)行，其原因可歸于氧輔助下的氣-固模式。輔以球磨減小反應(yīng)物Si顆粒的尺寸，這是一種簡(jiǎn)單、地可以制備的3C-SiC一維納米材料的方法。