CN106219548B - 一种B掺杂SiC纳米线的制备方法 - Google Patents

一种B掺杂SiC纳米线的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106219548B
CN106219548B CN201610564364.1A CN201610564364A CN106219548B CN 106219548 B CN106219548 B CN 106219548B CN 201610564364 A CN201610564364 A CN 201610564364A CN 106219548 B CN106219548 B CN 106219548B
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
doping
sic nanowire
sic
cooled
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.)
Active
Application number
CN201610564364.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106219548A (zh
Inventor
陈善亮
高凤梅
王霖
尚明辉
杨为佑
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.)
Ningbo University of Technology
Original Assignee
Ningbo University of Technology
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 Ningbo University of Technology filed Critical Ningbo University of Technology
Priority to CN201610564364.1A priority Critical patent/CN106219548B/zh
Publication of CN106219548A publication Critical patent/CN106219548A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106219548B publication Critical patent/CN106219548B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/85—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by XPS, EDX or EDAX data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • C01P2004/16—Nanowires or nanorods, i.e. solid nanofibres with two nearly equal dimensions between 1-100 nanometer

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种SiC纳米线的制备方法，尤其涉及一种B掺杂SiC纳米线的制备方法，属于材料制备技术领域。一种B掺杂SiC纳米线的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：将有机前驱体进行预处理，然后与B2O3粉末混合均匀；将混合均匀后的物料及柔性衬底一起至于气氛烧结炉中，先从室温加热至1280‑1350℃，再加热至1380‑1480℃，然后冷却至1330‑1380℃，接着冷却至1080‑1150℃，最后随炉冷却至室温，得到B掺杂的SiC纳米线。本发明实现了在柔性碳纤维布衬底上对SiC纳米线进行B掺杂及其密度调控，且制得的SiC纳米线的表面具有大量尖锐的棱边和棱角。另外，本发明的制备方法工艺简单可控，具有很好的重复性。

Description

一种B掺杂SiC纳米线的制备方法
技术领域
本发明涉及一种SiC纳米线的制备方法，尤其涉及一种B掺杂SiC纳米线的制备方法，属于材料制备技术领域。
背景技术
SiC是一种重要的第三代半导体材料。与其体材料相比，低维SiC纳米结构具有优异物理、化学特性，如高禁带宽度、高热导率和电子迁移率、小介电常数和较好的机械性能。基于上述特性，SiC低维纳米结构特别适用于苛刻工作条件如高温、高频、大功率和抗辐射器件，在制备高性能复合材料、高强度复合材料构件、表面纳米增强复合材料及构筑纳米光电器件等方面具有诱人的应用前景，近十年受到广泛关注。
对半导体纳米结构进行原子掺杂被证实是改善其性能的有效方法。半导体纳米材料经掺杂后，其固有属性如光学、电学及磁学等性能有明显变化，对推进其功能化应用具有显著作用。SiC纳米结构原子掺杂研究目前也已取得一定进展。研究表明，经Al、N和P原子掺杂后，SiC纳米结构场发射阴极的开启电场均显著降低，Al掺杂的SiC纳米线的光致发光谱发生一定程度的蓝移，P掺杂SiC颗粒的Raman光谱出现一定程度的蓝移。这些研究结果表明，SiC低维纳米结构经原子掺杂后性能发生明显变化，具有很大的应用潜力。
目前，原子掺杂SiC纳米结构的研究取得一定进展，如中国专利(申请号：201410176393.1)公开了一种提高SiC场反射阴极材料高温电子发射稳定性的方法，该方法实现了原位B掺杂SiC纳米线的场发射阴极材料的制备，提高了高温电子发射稳定性，但该方法中B的引入是通过热解聚硅硼氮烷，只能制备固定浓度的B掺杂SiC纳米线，不能实现B掺杂浓度的调控，SiC纳米线生长在脆性碳纸衬底，且纳米线表面质量不高，对其后续性能检测有很大影响。另外现有技术中，在实现SiC纳米结构的掺杂浓度及其形貌有效调控方面的仍存在很大不足，对促进其功能化应用很大障碍，亟待解决。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种B掺杂SiC纳米线的制备方法，丰富了SiC纳米结构掺杂原子种类，有利于SiC纳米结构的功能化应用。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种B掺杂SiC纳米线的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
将有机前驱体进行预处理，然后与B2O3粉末混合均匀；
将混合均匀后的物料及柔性衬底一起至于气氛烧结炉中，先从室温加热至1280-1350℃，再加热至1380-1480℃，然后冷却至1330-1380℃，接着冷却至1080-1150℃，最后随炉冷却至室温，得到B掺杂的SiC纳米线。
本发明通过调控有机前驱体与B2O3粉末的质量比，能够实现B掺杂量的精确控制，且本发明中SiC生长在碳纤维柔性衬底上。另外，SiC纳米线的生长与温度有直接的关系，本申请中分阶段加热、冷却能够有效实现SiC纳米结构的精细调控，使制备的B掺杂SiC的表面在具备很多尖锐的棱边和棱角的同时，仍具有高的结晶性和高质量的表面，对其后续性能检测及应用不会有什么影响。
在上述B掺杂SiC纳米线的制备方法中，所述的有机前驱体为含有Si和C元素的有机前驱体。
作为优选，所述的有机前驱体为聚硅氮烷。
在上述B掺杂SiC纳米线的制备方法中，所述的预处理包括热交联固化和球磨粉碎。
作为优选，所述的热交联固化在N2气氛下于230-280℃下进行，保温20-50min。
在上述B掺杂SiC纳米线的制备方法中，有机前驱体与B2O3粉末的质量比为3-6:1。
在上述B掺杂SiC纳米线的制备方法中，所述的柔性衬底为碳纤维布。
作为优选，所述的碳纤维布经过如下方法处理：先在纯度为99％的浓度为0.05mol/L的Co(NO3)2的乙醇溶液浸渍并超声处理8-10s，取出后自然晾干。碳纤维布通过在Co(NO3)2的乙醇溶液浸渍引入催化剂。
在上述B掺杂SiC纳米线的制备方法中，所述的气氛烧结炉为石墨电阻气氛烧结炉，气氛烧结炉中的热解气氛为氩气。具体为高纯氩气，纯度为99.99％以上。
在上述B掺杂SiC纳米线的制备方法中，从室温加热至1280-1350℃的过程中，升温速率为28-35℃/min。
在上述B掺杂SiC纳米线的制备方法中，从1280-1350℃加热至1380-1480℃的过程中，升温速率为20-25℃/min。
在上述B掺杂SiC纳米线的制备方法中，冷却至1330-1380℃及从1330-1380℃冷却至1080-1150℃采用的冷却速率均为3-5℃/min。
本发明制得的B掺杂SiC纳米线的表面具有大量尖锐的棱边和棱角。
作为优选，B掺杂SiC纳米线的相成分为3C-SiC。
作为优选，B掺杂SiC纳米线为单晶结构。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明实现了在柔性碳纤维布衬底上对SiC纳米线进行B掺杂及其密度调控。
2、通过本发明制备方法制得的SiC纳米线的表面具有大量尖锐的棱边和棱角。
3、本发明的制备方法工艺简单可控，具有很好的重复性。
附图说明
图1为本发明实施例1中制得的生长在碳布衬底表面的B掺杂SiC纳米线的X射线衍射(XRD)图；
图2为本发明实施例1中制得的生长在碳布衬底表面的B掺杂SiC纳米线的扫描电镜(SEM)图；
图3为本发明实施例1中制得的B掺杂SiC纳米线的透射电镜(HRTEM)图和选取电子衍射(SAED)图；
图4为本发明实施例1中制得的B掺杂SiC纳米线的能谱(EDS)图；
图5为本发明实施例1中制得的B掺杂SiC纳米线中B元素的面扫图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
初始原料选取聚硅氮烷，在N2气氛保护下于260℃保温30min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末。称取300mg聚硅氮烷粉末和60mg B2O3粉末，将粉末混合均匀后置于石墨坩埚底部。裁取碳布5×5cm(长×宽)，在0.05mol/L Co(NO3)3乙醇溶液中浸渍并超声处理10s，取出后置于空气环境中自然晾干。将处理后的碳布衬底置于石墨坩埚顶部，之后连同坩埚一起放入石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至10-4Pa，再充入高纯氩气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(～0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以30℃/min的速率从室温快速升温至1300℃，再以23℃/min的速率升温至1400℃，然后以4℃/min的速率冷却至1350℃，保温10min后，再以4℃/min的速率冷却至1100℃，最后随炉冷却至室温，得到B掺杂的SiC纳米线。
图1为实施例1表面生长有SiC纳米结构的碳布的XRD图谱，表明制备的材料的相成份为3C-SiC，且具有较高的结晶性。
图2为实施例1中在碳布衬底上生长的SiC纳米线的SEM图，表明纳米线均匀的生长在整根碳纤维的表面，纳米线由直径较大的结和直径较小的缩颈两种形貌交替排列组成，直径为540nm，表面粗糙，具有很多尖锐的棱边和棱角。
图3为实施例1中SiC纳米线的HRTEM和SAED图，表明SiC纳米线为单晶，其中，直径较大的结中具有较好的晶体结构，基本无缺陷存在，而缩颈部位具有很多的层错。
图4为实施例1中SiC纳米线的EDS图，检测到B元素存在于SiC纳米线中，表明对SiC纳米线实现了B掺杂。
图5为B元素的面扫图，表明B掺杂剂均匀的分布在SiC纳米线中，进一步证明对SiC纳米线实现了B掺杂。
在上述的一种B掺杂SiC纳米线的制备实施例及其替换方案中，有机前驱体进行预处理的热交联固化的温度还可以为230℃、240℃、250℃、270℃、280℃及230-280℃中的任意值，保温时间还可以为20min、25min、35min、40min、45min、50min及20-50min中的任意值。
在上述的一种B掺杂SiC纳米线的制备实施例及其替换方案中，有机前驱体与B2O3粉末的质量比还可以为3:1、4:1、6:1及3-6:1中的任意比值。
在上述的一种B掺杂SiC纳米线的制备实施例及其替换方案中，混合均匀后的物料及柔性衬底一起至于气氛烧结炉中，可以先以30℃/min从室温加热至1320℃，再以22℃/min加热至1450℃，然后以4℃/min冷却至1360℃，接着3-5℃/min冷却至1120℃，最后随炉冷却至室温；也可以为先以32℃/min从室温加热至1340℃，再以24℃/min加热至1420℃，然后以3℃/min冷却至1340℃，接着5℃/min冷却至1110℃，最后随炉冷却至室温；也可以为先以28℃/min从室温加热至1350℃，再以25℃/min加热至1480℃，然后以5℃/min冷却至1380℃，接着5℃/min冷却至1150℃，最后随炉冷却至室温；也可以为先以35℃/min从室温加热至1280℃，再以20℃/min加热至1380℃，然后以3℃/min冷却至1330℃，接着3℃/min冷却至1080℃，最后随炉冷却至室温；也可以为先以34℃/min从室温加热至1330℃，再以23℃/min加热至1420℃，然后以5℃/min冷却至1350℃，接着3℃/min冷却至1130℃，最后随炉冷却至室温；还可以先以28-35℃/min中任一速率从室温加热至1280-1350℃中的任一温度，再以20-25℃/min的任一速率加热至1380-1480℃中的任一温度，然后以3-5℃/min中任一速率冷却至1330-1380℃中的任一温度，接着3-5℃/min中任一速率冷却至1080-1150℃中的任一温度，最后随炉冷却至室温。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (6)

1.一种B掺杂SiC纳米线的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：
将有机前驱体先进行热交联固化和球磨粉碎，然后与B2O3粉末混合均匀；
将混合均匀后的物料及柔性衬底一起置于气氛烧结炉中，先从室温加热至1280-1350℃，再加热至1380-1480℃，然后冷却至1330-1380℃，接着冷却至1080-1150℃，最后随炉冷却至室温，得到B掺杂的SiC纳米线；
所述有机前驱体为聚硅氮烷；
所述的柔性衬底为碳纤维布，所述的碳纤维布经过如下方法处理：先在纯度为99％的浓度为0.05mol/L的Co(NO3)2的乙醇溶液中浸渍并超声处理8-10s，取出后自然晾干。
2.根据权利要求1所述的B掺杂SiC纳米线的制备方法，其特征在于，所述的热交联固化在N2气氛下于230-280℃下进行，保温20-50min。
3.根据权利要求1所述的B掺杂SiC纳米线的制备方法，其特征在于，有机前驱体与B2O3粉末的质量比为3-6:1。
4.根据权利要求1所述的B掺杂SiC纳米线的制备方法，其特征在于，从室温加热至1280-1350℃的过程中，升温速率为28-35℃/min。
5.根据权利要求1所述的B掺杂SiC纳米线的制备方法，其特征在于，从1280-1350℃加热至1380-1480℃的过程中，升温速率为20-25℃/min。
6.根据权利要求1所述的B掺杂SiC纳米线的制备方法，其特征在于，冷却至1330-1380℃及从1330-1380℃冷却至1080-1150℃采用的冷却速率均为3-5℃/min。
CN201610564364.1A 2016-07-15 2016-07-15 一种B掺杂SiC纳米线的制备方法 Active CN106219548B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610564364.1A CN106219548B (zh) 2016-07-15 2016-07-15 一种B掺杂SiC纳米线的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610564364.1A CN106219548B (zh) 2016-07-15 2016-07-15 一种B掺杂SiC纳米线的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106219548A CN106219548A (zh) 2016-12-14
CN106219548B true CN106219548B (zh) 2017-11-17

Family

ID=57519759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610564364.1A Active CN106219548B (zh) 2016-07-15 2016-07-15 一种B掺杂SiC纳米线的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106219548B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107265460B (zh) * 2017-05-26 2020-02-18 宁波工程学院 一种大宽厚比B掺杂SiC纳米带及其制备方法
CN107271082B (zh) * 2017-05-26 2020-05-22 宁波工程学院 一种B掺杂SiC纳米带大应变系数高灵敏压力传感器及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1294297C (zh) * 2005-05-24 2007-01-10 西北工业大学 制备碳化硅晶须的方法
CN101597058B (zh) * 2009-06-22 2011-01-26 哈尔滨工业大学 一种应用硼酸提高SiC纳米线产率的方法
CN105271234B (zh) * 2015-10-09 2017-06-27 张家港市东大工业技术研究院 一种利用微波原位反应合成p型掺杂碳化硅的方法
CN105329895B (zh) * 2015-11-02 2017-06-09 武汉科技大学 一种碳化硅纳米晶须的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106219548A (zh) 2016-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101724906B (zh) 一种用于生长高质量导电型碳化硅晶体的方法
CN106219548B (zh) 一种B掺杂SiC纳米线的制备方法
CN115058885B (zh) 一种碳纤维布表面定向SiC纳米线阵列及制备方法
CN103311068A (zh) SiC柔性场发射阴极材料
CN103928276A (zh) 一种提高SiC场发射阴极材料高温电子发射稳定性的方法
CN111484019A (zh) 一种用于单晶生长的高纯碳化硅粉体制备方法
CN101649490A (zh) 一种精细调控单晶SiC低维纳米结构的方法
CN107265460B (zh) 一种大宽厚比B掺杂SiC纳米带及其制备方法
CN108706588B (zh) 一种大宽厚比N掺杂SiC纳米带及其制备方法
CN106006539B (zh) 一种B掺杂SiC纳米线大应变系数高灵敏压力传感器
CN107271082B (zh) 一种B掺杂SiC纳米带大应变系数高灵敏压力传感器及其制备方法
CN105133017B (zh) 调控SiC纳米阵列密度的方法
CN105133018B (zh) SiC纳米阵列
CN101275075A (zh) 一种发光碳化硅薄膜的制备方法
Kamei et al. LPE growth of AlN from Cu–Al–Ti solution under nitrogen atmosphere
CN108493082B (zh) 一种Graphene/SiC异质结纳米阵列的制备方法
CN105206485B (zh) P掺杂SiC纳米线在场发射阴极材料中的应用
US11136692B2 (en) Plastic semiconductor material and preparation method thereof
CN115259159B (zh) 一种高长径比倒锥状氮掺杂碳化硅纳米线及制备方法
CN105206484B (zh) 一种N掺杂SiC纳米针柔性场发射阴极材料的制备方法
CN106057606B (zh) B掺杂SiC纳米线在场发射阴极材料中的应用
CN105088183B (zh) 一种P掺杂SiC纳米颗粒薄膜及其应用
CN105088346B (zh) 一种具有超高长径比的P掺杂SiC纳米线及其制备方法
CN105374652B (zh) 一种Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极
CN105428184B (zh) 一种Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant