CN102701207A - 一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法 - Google Patents

一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102701207A
CN102701207A CN2012102063415A CN201210206341A CN102701207A CN 102701207 A CN102701207 A CN 102701207A CN 2012102063415 A CN2012102063415 A CN 2012102063415A CN 201210206341 A CN201210206341 A CN 201210206341A CN 102701207 A CN102701207 A CN 102701207A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
preparing
silicon carbide
nanowires
vacuum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012102063415A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102701207B (zh
Inventor
李贺军
褚衍辉
付前刚
李克智
李露
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN2012102063415A priority Critical patent/CN102701207B/zh
Publication of CN102701207A publication Critical patent/CN102701207A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102701207B publication Critical patent/CN102701207B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，技术特征在于：在无催化剂的条件下以反应烧结的硅基陶瓷和石墨粉为前驱体在硅基陶瓷表面大量合成的Al掺杂SiC纳米线。本方法低成本、高效地制备大量的高纯Al掺杂的SiC纳米线。此外，通过调整制备温度可以有效控制合成Al掺杂的SiC纳米线的形貌和尺寸。合成的纳米线主要由大量的直径变化的6H-SiC纳米线组成。纳米线的中心线或中心杆的直径分布在50～100nm范围内，中心线或中心杆上节点结构的直径分布在150～300nm范围内，且都是由Si、C、Al、O等四种元素组成。它们的长度可控，最长可以达到毫米数量级。

Description

一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法
技术领域
本发明涉及一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法。
背景技术
宽禁带（E>2.3eV）的SiC是一种间接带隙的宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、热导率高、临界击穿电场大、电子饱和漂移速度快、介电常数小、抗辐射能力强、化学稳定性良好等显著优点，在光电子材料领域有巨大的应用价值。随着纳米科技的兴起，低维材料的光学、电学、力学和磁学等性质因维度和尺寸效应而表现出与块体材料不同的性质。SiC纳米线作为一种一维半导体纳米材料，在光电子材料领域有着巨大的应用价值，已引起国内外研究学者的广泛关注。掺杂是提高间接带隙带半导体材料发光效率的一种重要手段。但是，目前国内外研究者关于掺杂的SiC纳米线的制备方法报道较少。
文献1：“Controlled Al-Doped Single-Crystalline 6H-SiC Nanowires.Crysral Growthand Design，5(2008)：1461～1464”介绍了一种利用聚脲硅烷和异丙醇铝为原料，以FeCl2为催化剂，采用聚合物热解法制备Al掺杂的SiC纳米线。该方法通过控制异丙醇铝的含量可以实现SiC纳米线中Al掺杂含量的控制。但该方法所用的聚合物先驱体（聚脲硅烷和异丙醇铝）价格昂贵以及催化剂的引入使制备的产品不纯，在很大程度上限制了该材料的广泛应用。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，解决现在技术中Al掺杂SiC纳米线的制备成本高以及制备的产品不纯等问题。
技术方案
一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将质量百分比为70～85％的Si粉，5～15％的SiC粉，7～15％的C粉和3～10％的Al2O3粉，置于松脂球磨罐中，进行球磨混合处理2～4h，得到混合的包埋粉料；
步骤2：将制备的包埋粉料的一半均匀铺满石墨坩埚底部，再放入C/C复合材料，再放入1/4的包埋粉料将C/C复合材料覆盖；所述C/C复合材料需经过打磨抛光后清洗，并烘干；
步骤3：将石墨坩埚放入石墨为发热体的立式真空炉中，对真空炉进行真空处理后，通Ar气至常压，以5～10°C/min升温速度将炉温从室温升至2000～2200°C，保温1～3h；随后关闭电源自然冷却至室温，得到的带有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料；整个过程中通氩气保护；
步骤4：将石墨粉均匀铺盖在石墨坩埚底部，再将步骤3得到的带有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料采用一束3k碳纤维捆绑，然后悬挂在坩埚内的石墨粉上方；
步骤5：将石墨坩埚放入石墨为发热体的立式真空炉中，对真空炉进行真空处理后，通Ar至常压，以5～10°C/min升温速度将炉温从室温升至1600～1800°C，保温1～3h；随后关闭电源自然冷却至室温；整个过程中通Ar保护；
步骤6：随后取出石墨坩埚，清理表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料上的碳纤维，得到表面的Al掺杂SiC纳米线。
所述步骤3和步骤5中的真空处理是：抽真空使得真空度达到-0.09MPa，然后保真空30min以上，当真空度无变化时证明系统密封完好结束。
所述Si粉的纯度为99.5％、粒度为300目。
所述C粉的纯度为99％、粒度为320目。
所述SiC粉的纯度为98.5％、粒度为300目。
所述Al2O3粉的纯度为分析纯、粒度为100～200目。
所述石墨粉的纯度为98％、粒度为400目。
有益效果
本发明提出的一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，在无催化剂的条件下以反应烧结的硅基陶瓷和石墨粉为前驱体在硅基陶瓷表面大量合成的Al掺杂SiC纳米线。该方法可以低成本、高效地制备大量的高纯Al掺杂的SiC纳米线。
本发明的有益效果：该方法生产成本低、制备周期短，合成Al掺杂的SiC纳米线的产率和纯度高；此外，通过调整制备温度可以有效控制合成Al掺杂的SiC纳米线的形貌和尺寸。合成的纳米线主要由大量的直径变化的6H-SiC纳米线组成。纳米线的中心线或中心杆的直径分布在50～100nm范围内，中心线或中心杆上节点结构的直径分布在150～300nm范围内，且都是由Si、C、Al、O等四种元素组成。它们的长度可控，最长可以达到毫米数量级。
附图说明
图1是发明实施例2所制备的Al掺杂碳化硅纳米SiC的XRD图谱；
图2是发明实施例2所制备的Al掺杂碳化硅纳米带的SEM照片；
图3是发明实施例2所制备的Al掺杂碳化硅纳米带的TEM照片；
图4与图3发明实施例2相应的EDX图谱。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
将C/C复合材料分别用400号、800号和1000号的砂纸依次打磨抛光后用无水乙醇洗涤干净，于烘箱中烘干备用。
分别称取75g的Si粉，15g的SiC粉，15g的C粉，10g的Al2O3粉。置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理2h，得到包埋粉料。
将包埋粉料的一半放入石墨坩埚，放入制备好的C/C复合材料，再放入一半的包埋粉料，轻微的摇晃坩埚，使粉料均匀地包埋C/C复合材料，然后将石墨坩埚放入石墨作为发热体的立式真空炉中。抽真空30min后使真空度达到-0.09MPa，保真空30min，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通Ar气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至2200°C，升温速率为10°C/min，然后保温1h。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar保护。随后取出坩埚，清理粉料，得到表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料。
称取10g的石墨粉放入石墨坩埚中，使其均匀铺放在坩埚底部，再将得到表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料用一束3K碳纤维捆绑后悬挂在粉料表面的上方，然后将石墨坩埚放入真空反应炉中。抽真空30min后使真空度达到-0.09MPa，保真空30min，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通氩气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至1600°C，升温速率为5°C/min，然后保温3h。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。随后取出石墨坩埚，清理表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料上的碳纤维，得到表面大量的Al掺杂SiC纳米线。
实施例2：
将C/C复合材料分别用400号、800号和1000号的砂纸依次打磨抛光后用无水乙醇洗涤干净，于烘箱中烘干备用。
分别称取78g的Si粉，10g的SiC粉，11g的C粉，6g的Al2O3粉。置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理3h，得到包埋粉料。
将包埋粉料的一半放入石墨坩埚，放入制备好的C/C复合材料，再放入一半的包埋粉料，轻微的摇晃坩埚，使粉料均匀地包埋C/C复合材料，然后将石墨坩埚放入石墨作为发热体的立式真空炉中。抽真空30min后使真空度达到-0.09MPa，保真空30min，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通Ar气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至2100°C，升温速率为7°C/min，然后保温2h。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar保护。随后取出坩埚，清理粉料，得到表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料。
称取15g的石墨粉放入石墨坩埚中，使其均匀铺放在坩埚底部，再将得到表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料用一束3K碳纤维捆绑后悬挂在粉料表面的上方，然后将石墨坩埚放入真空反应炉中。抽真空30min后使真空度达到-0.09MPa，保真空30min，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通氩气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至1700°C，升温速率为7°C/min，然后保温2h。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。随后取出石墨坩埚，清理表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料上的碳纤维，得到表面大量的Al掺杂SiC纳米线。由图1可见，合成的纳米线主要由6H-SiC纳米线组成。由图2可见，合成的SiC纳米线是由大量的直径变化的纳米线构成。纳米线的中心线或中心杆的直径分布在50～100nm范围内，中心线或中心杆上节点结构的直径分布在150～300nm范围内。由图3可见，制备的纳米线是实心结构，且它的中心线或中心杆及其上面的节点结构都是由Si、C、Al、O等四种元素组成。
实施例3：
将C/C复合材料分别用400号、800号和1000号的砂纸依次打磨抛光后用无水乙醇洗涤干净，于烘箱中烘干备用。
分别称取85g的Si粉，5g的SiC粉，7g的C粉，3g的Al2O3粉。。置于松脂球磨罐中，取不同数量不同直径的玛瑙球放入球磨罐中，在行星式球磨机上进行球磨混合处理4h，得到包埋粉料。
将包埋粉料的一半放入石墨坩埚，放入制备好的C/C复合材料，再放入一半的包埋粉料，轻微的摇晃坩埚，使粉料均匀地包埋C/C复合材料，然后将石墨坩埚放入石墨作为发热体的立式真空炉中。抽真空30min后使真空度达到-0.09MPa，保真空30min，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通Ar气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至2000°C，升温速率为5°C/min，然后保温3h。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通Ar保护。随后取出坩埚，清理粉料，得到表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料。
称取20g的石墨粉放入石墨坩埚中，使其均匀铺放在坩埚底部，再将得到表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料用一束3K碳纤维捆绑后悬挂在粉料表面的上方，然后将石墨坩埚放入真空反应炉中。抽真空30min后使真空度达到-0.09MPa，保真空30min，观察真空表指示是否变化，如无变化，说明系统密封完好。通氩气至常压。此过程重复三次。之后将炉温升至1800°C，升温速率为10°C/min，然后保温1h。随后关闭电源自然冷却至室温，整个过程中通氩气保护。随后取出石墨坩埚，清理表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料上的碳纤维，得到表面大量的Al掺杂SiC纳米线。
所有实施例中，Si粉的纯度为99.5％、粒度为300目，C粉的纯度为99％、粒度为320目，Al2O3粉的纯度为分析纯、粒度为100～200目，石墨粉的纯度为98％、粒度为400目。

Claims (7)

1.一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将质量百分比为70～85％的Si粉，5～15％的SiC粉，7～15％的C粉和3～10％的Al2O3粉，置于松脂球磨罐中，进行球磨混合处理2～4h，得到混合的包埋粉料；
步骤2：将制备的包埋粉料的一半均匀铺满石墨坩埚底部，再放入C/C复合材料，再放入1/4的包埋粉料将C/C复合材料覆盖；所述C/C复合材料需经过打磨抛光后清洗，并烘干；
步骤3：将石墨坩埚放入石墨为发热体的立式真空炉中，对真空炉进行真空处理后，通Ar气至常压，以5～10°C/min升温速度将炉温从室温升至2000～2200°C，保温1～3h；随后关闭电源自然冷却至室温，得到的带有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料；整个过程中通氩气保护；
步骤4：将石墨粉均匀铺盖在石墨坩埚底部，再将步骤3得到的带有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料采用一束3k碳纤维捆绑，然后悬挂在坩埚内的石墨粉上方；
步骤5：将石墨坩埚放入石墨为发热体的立式真空炉中，对真空炉进行真空处理后，通Ar至常压，以5～10°C/min升温速度将炉温从室温升至1600～1800°C，保温1～3h；随后关闭电源自然冷却至室温；整个过程中通Ar保护；
步骤6：随后取出石墨坩埚，清理表面含有硅基陶瓷涂层的C/C复合材料上的碳纤维，得到表面的Al掺杂SiC纳米线。
2.根据权利要求1所述制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，其特征在于：所述步骤3和步骤5中的真空处理是：抽真空使得真空度达到-0.09MPa，然后保真空30min以上，当真空度无变化时证明系统密封完好结束。
3.根据权利要求1所述制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，其特征在于：所述Si粉的纯度为99.5％、粒度为300目。
4.根据权利要求1所述制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，其特征在于：所述C粉的纯度为99％、粒度为320目。
5.根据权利要求1所述制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，其特征在于：所述SiC粉的纯度为98.5％、粒度为300目。
6.根据权利要求1所述制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，其特征在于：所述Al2O3粉的纯度为分析纯、粒度为100～200目。
7.根据权利要求1所述制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法，其特征在于：所述石墨粉的纯度为98％、粒度为400目。
CN2012102063415A 2012-06-21 2012-06-21 一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法 Active CN102701207B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012102063415A CN102701207B (zh) 2012-06-21 2012-06-21 一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012102063415A CN102701207B (zh) 2012-06-21 2012-06-21 一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102701207A true CN102701207A (zh) 2012-10-03
CN102701207B CN102701207B (zh) 2013-10-09

Family

ID=46894347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012102063415A Active CN102701207B (zh) 2012-06-21 2012-06-21 一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102701207B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103073334A (zh) * 2013-01-21 2013-05-01 西北工业大学 一种超长纳米线增韧陶瓷涂层的制备方法
CN103214268A (zh) * 2013-03-28 2013-07-24 西北工业大学 一种纳米线增强SiC耐磨涂层的制备方法
CN103553044A (zh) * 2013-10-12 2014-02-05 台州市一能科技有限公司 一种高纯度碳化硅的制备方法
CN104445202A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 德清州晶新材料科技有限公司 一种高纯、铝掺杂碳化硅粉及其合成方法
CN105088346A (zh) * 2015-08-19 2015-11-25 宁波工程学院 一种具有超高长径比的P掺杂SiC纳米线及其制备方法
CN110606747A (zh) * 2019-10-16 2019-12-24 西北工业大学 一种各向同性陶瓷纳米线预制体的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3445554A (en) * 1966-03-11 1969-05-20 Dow Corning Manufacture of silicon carbide ribbons
CN102126859A (zh) * 2011-03-03 2011-07-20 西北工业大学 一种制备竹节状SiC纳米线增韧HfC陶瓷的方法
CN102491331A (zh) * 2011-11-15 2012-06-13 西北工业大学 一种制备SiC纳米线和纳米带的方法
CN102491332A (zh) * 2011-11-15 2012-06-13 西北工业大学 一种在SiC陶瓷表面制备碳化硅纳米带的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3445554A (en) * 1966-03-11 1969-05-20 Dow Corning Manufacture of silicon carbide ribbons
CN102126859A (zh) * 2011-03-03 2011-07-20 西北工业大学 一种制备竹节状SiC纳米线增韧HfC陶瓷的方法
CN102491331A (zh) * 2011-11-15 2012-06-13 西北工业大学 一种制备SiC纳米线和纳米带的方法
CN102491332A (zh) * 2011-11-15 2012-06-13 西北工业大学 一种在SiC陶瓷表面制备碳化硅纳米带的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Journal of Alloys and Compounds》 20100924 Yanhui Chu et al. "Microstructure and growth mechanism of SiC nanowires with periodically fluctuating hexagonal prisms by CVD" 第L36－L39页 1-7 第508卷, *
YANHUI CHU ET AL.: ""Microstructure and growth mechanism of SiC nanowires with periodically fluctuating hexagonal prisms by CVD"", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103073334A (zh) * 2013-01-21 2013-05-01 西北工业大学 一种超长纳米线增韧陶瓷涂层的制备方法
CN103214268A (zh) * 2013-03-28 2013-07-24 西北工业大学 一种纳米线增强SiC耐磨涂层的制备方法
CN103214268B (zh) * 2013-03-28 2014-10-29 西北工业大学 一种纳米线增强SiC耐磨涂层的制备方法
CN103553044A (zh) * 2013-10-12 2014-02-05 台州市一能科技有限公司 一种高纯度碳化硅的制备方法
CN103553044B (zh) * 2013-10-12 2015-07-08 台州市一能科技有限公司 一种高纯度碳化硅的制备方法
CN104445202A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 德清州晶新材料科技有限公司 一种高纯、铝掺杂碳化硅粉及其合成方法
CN105088346A (zh) * 2015-08-19 2015-11-25 宁波工程学院 一种具有超高长径比的P掺杂SiC纳米线及其制备方法
CN110606747A (zh) * 2019-10-16 2019-12-24 西北工业大学 一种各向同性陶瓷纳米线预制体的制备方法
CN110606747B (zh) * 2019-10-16 2021-09-07 西北工业大学 一种各向同性陶瓷纳米线预制体的制备方法
US12006265B2 (en) 2019-10-16 2024-06-11 Northwestern Polytechnical University Process for the preparation of a ceramic nanowire preform

Also Published As

Publication number Publication date
CN102701207B (zh) 2013-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102701207B (zh) 一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法
CN109437203B (zh) 一种高纯一维SiC纳米材料的制备方法
CN102730687B (zh) 以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法
CN102491331B (zh) 一种制备SiC纳米线和纳米带的方法
Ding et al. Catalyst-assisted synthesis of α-Si3N4 in molten salt
CN102745998B (zh) 一种炭/炭复合材料宽温域防氧化硅基陶瓷涂层的制备方法
CN103834988B (zh) 一种制备纳米碳化硅晶须的方法
CN101837976B (zh) 一种以四氯化硅为硅源制备超长SiC纳米线的方法
CN101928145A (zh) 一种超细、高纯γ-AlON透明陶瓷粉末的制备方法
CN103979507A (zh) 一种利用高气压和氟化物添加剂辅助制备球形氮化铝粉体的方法
CN105293499B (zh) 一种b、n共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法
CN102642867A (zh) 一种纳米Ti4O7粉末的制备方法
CN101104515A (zh) 一种SiC纳米线及其制备方法
CN103043999A (zh) 一种气相SiO2纳米微孔绝热材料
CN110407213A (zh) 一种(Ta, Nb, Ti, V)C高熵碳化物纳米粉体及其制备方法
CN102807370A (zh) 一种碳热还原快速制备AlON陶瓷粉末的方法
CN100580156C (zh) 一种Si3N4单晶低维纳米材料可控掺杂的方法
CN102351182B (zh) 一种超长碳化硅纳米线的制备方法
CN102491332B (zh) 一种在SiC陶瓷表面制备碳化硅纳米带的方法
CN106007687B (zh) 一种采用高压相变法制备纳米多晶柯石英的方法
CN107602154B (zh) 一种珠串状SiC/SiO2异质结构及其合成方法
CN100560487C (zh) 一种低温制备立方碳化硅纳米线的方法
CN105776158A (zh) 采用高气压和添加剂直接制备高球形度氮化硅粉体的方法
Kumar et al. In situ-growth of silica nanowires in ceramic carbon composites
CN104445200A (zh) 一种制备超长碳化硅纳米线的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant