CN106544642A - 一种利用微波法制备碳化硅纳米线薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备碳化硅纳米线薄膜的方法，包括将单质碳、单质硅以及二氧化硅充分混合后放入陶瓷坩埚中；再将所述陶瓷坩埚与经过镍盐或铁盐溶液预处理后的陶瓷基板一起放入微波炉的谐振腔中，抽去部分空气，在低气压状态下使用微波进行加热，快速升温至反应温度；在该温度条件下，保温一段时间后，关闭微波，自然冷却至室温。反应结束后，在上述陶瓷基板表面形成的产物即为碳化硅纳米线薄膜。该方法制备过程简单、操作方便，反应原料易得，制备工艺绿色、环保、低能耗、无污染，产物形态均一、尺寸可控、分布均匀。

Description

一种利用微波法制备碳化硅纳米线薄膜的方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷纳米线薄膜的快速合成方法，具体涉及一种基于高能微波辐射技术于基板上快速合成碳化硅(SiC)纳米线薄膜的方法。
背景技术
碳化硅(SiC)是一种具有同质多晶结构的宽带隙半导体材料，其独特的物理性能，如：高强度、高硬度、高导热、低密度、低散射、低热膨胀系数、抗辐射、抗热震、抗氧化、较宽的能带间隙、较高的电子饱和迁移速率，以及优异的化学稳定性和环境友好性，使其成为重要的功能材料。当SiC材料的尺寸进入到纳米尺度后，带隙结构将由原来的间接带隙转变为直接带隙，此时的SiC纳米材料不仅拥有块体材料的优点，同时还表现出更为优异的光、电、磁特性。由此进一步拓宽了SiC材料的应用领域，使其成为制造平板显示器、光电探测器、场效应管等电子器件的首选材料。特别是SiC纳米线作为一维碳化硅纳米材料的典型结构，在高温传感器、催化剂载体、复合材料，以及新型纳米电子器件等领域具有非常好的应用前景。
目前，制备SiC薄膜的方法主要有分子束外延法、磁控溅射法、化学气相沉积法、脉冲激光沉积法和碳热还原法等。分子束外延法，可成功制备出几十个原子层厚的立方碳化硅(3C-SiC)单晶薄膜，但反应需在超高真空中进行，对原材料的要求极高，且薄膜生长速率极慢，故无法快速高效的获得大量产物。磁控溅射法和脉冲激光法的共同特点是利用高能量输入来轰击SiC靶材，诱导原子在一定条件下重新组装，从而制得纯净的SiC薄膜。但是，上述制备系统要求高真空及优质SiC靶材的连续推进，在连续大量制备中存在较大的困难。
利用分子束外延法可以成功制备碳化硅薄膜，例如文献《Heteroepitaxialgrowth of single crystalline 3C-SiC on Si substrates by gas source molecularbeam epitaxy》(Journal of applied physics，1992，72(5)：2006-2013)中，先利用涡轮增压分子泵对超高真空(UHV)室抽真空，且真空度可达10-10托，然后再通入氮气，在气压为10-7-10-5托的氮气氛围下，以乙炔(C2H2)作为气源，在单晶硅(Si)基板上沉积碳化硅薄膜。在制备过程中，还需对工艺条件进行严格控制，如乙炔(C2H2)须以1.60sccm的速度缓慢通入。当升温至870-970℃，乙炔和硅基板表面的硅原子发生反应，4h后生成厚度为的碳化硅(3C-SiC)薄膜。虽然该方法可以在相对较低的温度下合成碳化硅薄膜，但由于分子束外延生长对真空度的要求极高，对设备产生了严重依赖性，比如必须使用特殊的涡轮增压分子泵先将反应腔体抽至高真空，还必须使用易燃易爆的乙炔(C2H2)作为气源，且生长过程中对气体的流量有严格的限制，此外，4h时长条件下仅沉积厚的3C-SiC薄膜，可见成膜层的速度较慢，所得产物的膜厚较薄。
目前，使用磁控射法制备碳化硅薄膜的实例有很多。例如中国科学院半导体研究所陈诺夫等人以单晶硅作为衬底，碳化硅为靶材，将Si单晶衬底投放在磁控溅射仪中，在氩气环境中加热衬底材料，温升范围为2-1000℃，溅射一段时间后，即可在硅衬底表面生成碳化硅薄膜(磁控溅射方法制备碳化硅薄膜工艺，公开号：CN1594648A)。又如南京理工大学王海洋等人选用高纯碳化硅为靶材，以硅、蓝宝石或碳化硅为衬底，保证真空气压在10-3kPa以下，加热过程中控制衬底温度在800-1300℃范围内，使用Ar离子轰击靶材，调节射频到100-350W，经退火后可获得碳化硅非晶薄膜或碳化硅外延薄膜(低温制备碳化硅非晶薄膜及外延薄膜的方法，公开号：CN102051589A)。虽然该方法可以成功得到碳化硅薄膜，但是对用于反应的碳化硅靶材要求极高(如：尺寸、平整度、纯度、成分和组织的均匀性、晶粒的尺寸等)，而且在溅射的过程中由于等离子体不稳定，导致反应过程难以控制。
化学气相沉积法(CVD)是目前制备薄膜的主要方法之一，通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励、光辐射等各种能源，在反应器内使碳源和硅源经复杂的化学反应而形成SiC薄膜。其中HFCVD、PECVD、APCVD、LPCVD等特殊的化学气相沉积技术已被广泛应用于SiC薄膜的合成，如专利CN104087909A《一种立方碳化硅薄膜的制备方法》提供了一种利用激光化学气相沉积装置制备立方碳化硅薄膜的方法。但该方法在合成过程中，由于衬底温度过高，容易引入杂质和缺陷，并且制备过程复杂、周期长、成本高，使其不适应大规模工业化生产的需求。此外，南京航天航空大学沈鸿烈等人通过热丝CVD法在多晶硅表面生长叠接碳化硅层，其中碳化硅层是由甲硅烷(SiH4)和甲烷(CH4)混合气体在热丝化学气相沉积系统中获得的(多晶-碳化硅叠层薄膜太阳能电池，授权专利号：200810195062.7)。又如大连理工大学的边继明等人以甲硅烷(SiH4)为硅源，氢气(H2)作为甲硅烷稀释气体和载气，石墨作为衬底和碳源，采用热丝CVD法，当钨丝温度达到2000-2300℃，石墨衬底温度为250-300℃时，即可完成β-SiC薄膜的制备(一种β-碳化硅薄膜的制备方法，授权专利号：201310293452.9)。再如文献《Growth of polycrystalline SiC films on SiO2andSi3N4by APCVD》(Thin Solid Films，999，55：79-183)。选用甲硅烷(SiH4)和丙烷(C3H8)为反应气体、氢气(H2)为载气、二氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)两种无定性材料为衬底，在常压CVD系统中，当沉积温度达到1050℃，可在衬底上生成多晶碳化硅薄膜。化学气相沉积法可以成功制备出碳化硅薄膜，但都不可避免的使用了易燃易爆的甲硅烷(SiH4)和烷烃(CH4、C3H8)作为反应气体，以氢气(H2)作为载气，增加了反应的危险性，加之CVD法固有的局限性，工艺复杂、周期长，致使合成效率受到严重制约，无法满足大规模工业化生产的需求。
脉冲激光沉积法(PLD)经常被用作制备薄膜材料。例如南京理工大学王海洋等人使用磁控溅射法或脉冲激光沉积法，在衬底加热的同时辅助添加外部光源，让外部光源直接照射在衬底上，对衬底进行辅助光催化以提高衬底表面活性，降低碳化硅薄膜生长过程中衬底加热温度。其中，衬底温度控制在1000-1300℃范围内，使用激光脉冲沉积时，以激光溅射靶材，激光频率在1-10Hz，激光波长265nm以下，再经过退火后即得碳化硅外延薄膜(低温制备碳化硅非晶薄膜及外延薄膜的方法，公开号：CN102051589A)。再如文献《Characterization of crystalline SiC films grown by pulsed laser deposition》(Thin Solid Films，2000，371(1)：72-79)选用直径1英尺的碳化硅作为靶材，严格控制反应室的真空度低于10-7托，调节激光脉冲通量为1.2J/cm2，分别在硅衬底(100)面和蓝宝石衬底(0001)上生长出碳化硅薄膜。该方法虽然制备出了碳化硅薄膜，但对高真空设备的依赖性极强，比如严格控制反应室的真空度低于10-7托；对工艺要求严格，如控制激光脉冲通量为1.2J/cm2；对用于反应的碳化硅靶材要求极高，须保证其尺寸、纯度、成分均匀性等。综合设备、过程、成本等多方面因素考虑，脉冲激光沉积法不适用于批量生产。
目前，浙江理工大学张炬栋等人利用碳热还原法，以石墨纸为基底，可膨胀石墨、金属硅粉为原料，加入质量百分比2％的三聚氰胺粉末后研磨1h，将原料放入高温气氛炉中，通入高纯氮气(N2)后，升温至1500℃保温6h，反应结束后，便可在基底表面生成100-200μm厚的薄膜，该薄膜是由直径约20nm，长度在几百微米的纳米线构成(张炬栋，《碳化硅纳米线薄膜的制备及其性能研究》，浙江理工大学硕士学位论文，2014)。虽然碳热还原法是制备碳化硅纳米线的主要方法之一，通过基底的引入可以成功获得碳化硅纳米线薄膜，但生产周期较长，整个过程历时7h之久；反应原料的准备耗时耗力；反应过程还需在氮气的辅助下才能顺利进行。
常见的微波加热设备功率普遍偏低(300-1000W)，其在制备效率、效果等方面都不够理想，且常常用作其他合成方法的辅助手段。如韩国科学研究所的Kim等人(Kim H S,Park Y J,Choi I H.β-SiC Thin film growth using microwave plasma activatedCH4-SiH4sources.Thin Solid Films,1999,341(1):42-46.)利用微波等离子体激活反应气体来降低生长温度，通过调节微波功率(400-900W)和控制反应气体浓度(1％CH4-0.5％SiH4-H2)，利用等离子增强CVD技术，于硅(Si)基板上生长β-SiC薄膜。该方法不但过程复杂；还引入了CH4、SiH4、H2等易燃、易爆气体；所得产物为尺寸差异较大的β-SiC晶粒，产物质量的受控性不强；因而使其大规模广泛应用受到严重制约。
综上所述，以上几种方法均存在着对设备要求高、工艺复杂、实际生产耗时耗力等缺点，因此开发出一种简捷、快速、低成本合成SiC纳米线薄膜的工艺尤为重要。鉴于微波辐照在合成粉体材料，以及快速烧结方面的优势，人们对微波技术的利用，多集中于合成纳米或微米级粉体功能材料，或者对粉体材料进行烧结而制备块状体相材料，而将微波辐照加热技术应用于制备薄膜的研究和生产实践非常少。
在本发明中，基于高能微波辐照处理方法，成功地实现了碳化硅纳米线薄膜的快速合成。相对于分子束外延法、磁控溅射法、化学气相沉积(CVD)法、脉冲激光沉积法和碳热还原法等方法，本发明在制备陶瓷薄膜材料方面，表现出快速、高效、低碳、环保，易于大规模工业化生产等一系列优势。
发明内容
本发明所要实现的目标是：利用高能微波辐射的技术，提供一种简单、高效制备碳化硅薄膜的方法，且得到的薄膜是由形态均匀的纳米线组成。
针对上述目的，本发明提出的一种碳化硅纳米线薄膜的制备方法，其技术方案包括如下步骤：
将单质碳、单质硅以及二氧化硅充分混合后放入陶瓷坩埚中；将所述陶瓷坩埚与经过镍盐或铁盐溶液预处理陶瓷基板一起放入微波炉的谐振腔中，抽去部分空气，在低气压状态下使用微波加热反应，快速加热至反应温度；保温一段时间后，关闭微波，自然冷却至室温。在所述陶瓷基板表面即得到碳化硅纳米线薄膜。
所述预处理过程包括将镍盐或铁盐溶解在水或乙醇中，配制盐溶液，将陶瓷基板浸泡在所述盐溶液中，取出后室温下风干。
进一步的，所述单质碳为人造石墨、鳞片石墨或活性炭的一种。
进一步的，所述单质碳、单质硅以及二氧化硅的摩尔比为(1-2):1:1。
进一步的，所述盐溶液的浓度为0.01-0.1mol/L。
进一步的，所述陶瓷基板在所述盐溶液中浸泡时间为4-10h。
进一步的，微波加热时，保持所述微波谐振腔内的气压为10-30kPa；在20-40min内，将陶瓷坩埚内原料加热到1200-1450℃；保温时间为20-60min。
微波是指频率在300MHz-300GHz，对应波长在1m-1mm范围内的电磁波。自1946年微波的加热效应被发现后以来，微波加热即作为一种新的加热方式而得到快速发展。与常规的加热方式不同，微波加热是利用电磁场在材料中传播时与材料粒子发生互作用，通过产生各种电磁损耗，从而将电磁能转变为热能并被材料吸收的过程。电磁场中能量的传输是在自由空间和媒介之中进行的，微波对物质的加热与物质内部的结构有着紧密的联系，通过微波辐射技术可以只对目标物质进行加热。
区别于传统的热传导、热对流等传热方式，微波加热可以使目标材料内、外部几乎同时加热升温而无需先加热炉体或介质，这种独特的体相自加热方式，大大缩短了常规加热中的加热时间和能耗，且加热均匀。微波加热主要有两种加热机理：偶极子极化和带电粒子传导。但凡物质中含有可移动电荷(如：极性电子或导电粒子)都可以被微波加热。另外，催化剂对反应物分子发生化学吸附作用，使反应物分子得到活化，降低反应的活化能，从而使反应速率进一步加快。碳是良好的微波吸收剂，微波开启之后，碳在微波作用下，迅速升温，并与二氧化硅、硅粉发生如下一系列反应(s：固态，l：液态，g：气态)：
SiO2(s,l)+C(s)＝SiO(g)+CO(g) (1)
SiO2(s,l)+Si(g,l)＝2SiO(g) (2)
2Si(g)+O2(g)＝2SiO(g) (3)
2C(g)+O2(g)＝2CO(g) (4)
SiO(g)+2C(s)＝SiC+CO(g) (5)
SiO(g)+3CO(g)＝SiC(g,s)+2CO2(g) (6)
3SiO(g)+CO(g)＝SiC(g,s)+2SiO2(s,l) (7)
根据上述反应公式可知：坩埚中混合后的原料反应可以大量的生成气态的SiO(g)和CO(g)，导致坩埚中气压远大于微波谐振腔中的负压，这些气态极易从坩埚中向外消散，在消散过程中遇到含催化剂的陶瓷基板，便可将金属盐分解析出的金属液滴作为催化剂，按照气液固(VLS)机制发生反应并生成碳化硅纳米线。这些纳米线彼此交叉互联，最终形成由碳化硅纳米线组成的薄膜。
本发明在传统的微波制备粉体材料的基础上，通过在陶瓷基片上预先制得金属盐的催化剂薄膜，利用该薄膜在微波加热过程中的催化作用，可在陶瓷基片上快速合成碳化硅纳米线薄膜。微波辐照过程中形成均匀的化学、物理环境，结合陶瓷基片上金属盐催化剂的催化作用，实现了所得碳化硅纳米线的快速获取，且形态均一。大量纳米线彼此交联形成连续致密的薄膜，呈现出独特的薄膜组成和微观结构，有利于场发射、平板显示等功能特性的发挥。该方法具有工艺简单、快速高效、低碳环保等优势。
本发明具有以下有益效果：
(1)制备过程简单、操作方便。仅需对原料进行混合、对基板进行浸泡等简单步骤，通过微波直接辐照，即可获得碳化硅纳米线薄膜。
(2)反应原料易得、成本低廉。利用市售的人造石墨、鳞片石墨、活性炭、硅粉、二氧化硅等工业品即可实现碳化硅纳米线薄膜的合成。
(3)制备工艺绿色、环保、低能耗、无污染。
(4)产物形态均一、尺寸可控、分布均匀。通过调整金属盐溶液的浓度、浸泡时间、碳硅元素的配比、碳源的种类，以及反应时微波的工艺参数，即可得到不同形貌、不同厚度的纳米线薄膜。
附图说明
图1是实施例1所得产物的X-射线衍射图谱。
图2是实施例1所得产物的低倍扫描电镜图像。
图3是实施例1所得产物的高倍扫描电镜图像。
图4是实施例6所得产物的低倍扫描电镜图像。
图5是实施例6所得产物的高倍扫描电镜图像。
图6是实施例7所得产物的低倍扫描电镜图像。
图7是实施例9所得产物的低倍扫描电镜图像。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明“一种利用微波技术制备碳化硅纳米线薄膜的方法”作进一步的详细描述。
实施例1
取1mol硝酸铁(Fe(NO3)3)粉末溶解在100mL的去离子水中，配制成硝酸铁溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，即可在基板周围形成橙黄色的硝酸铁薄膜。称量2.4g人造石墨粉，2.8g硅粉和6g二氧化硅粉，将此三组份原料充分混匀后放入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。设置微波反应参数：真空度10kPa，功率调节范围0-5kW，40min内快速升温至1200℃并在该温度条件下保温40min，关闭微波功率冷却至室温。取出后发现在基板上形成一层均匀的亮绿色薄膜。
利用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜技术对微波辐照后得到的亮绿色薄膜进行表征，证实该薄膜是由纯净的碳化硅纳米线组成，利用台阶测厚仪测得所得膜层的厚度约为1.48μm。
图1为所得产物的XRD图谱，图中主峰位于35.6°处，位于41.4°和75.4°处的两个特征峰的强度分别为主峰的20％和5％，证明产物是具有立方结构的碳化硅，即3C-SiC。
图2为所得产物的低倍扫描电镜照片，图中可以看到合成的碳化硅薄膜是由大量纳米线彼此交联而成。图3为所得产物的高倍扫描电镜照片，图中能够进一步发现，这些纳米线具有统一的形态尺寸。
实施例2
取0.5mol Fe(NO3)3粉末，溶解在100mL的去离子水中，配制成硝酸铁溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中8h后取出，在基板周围形成橘黄色的硝酸铁薄膜。称量1.2g人造石墨粉，2.8g硅粉和6g二氧化硅粉，将此三组份原料充分混匀后放入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。微波反应参数的设置同实施例1。反应结果后发现，在基板形成一层连续的亮绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜和台阶测厚仪的分析，可证明所得亮绿色薄膜是由形态尺寸均一的碳化硅纳米线组成，膜层厚度约为0.86μm。
实施例3
取1mol氯化铁(FeCl3)粉末溶解在100mL的去离子水中，配制成氯化铁溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，即可在基板周围形成橙黄色的氯化铁薄膜。称取同实施例1中的三组分原料，充分混合后移入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。微波反应参数的设置同实施例1。取出后发现，在基板形成一层连续的亮绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜和台阶测厚仪的分析，可证明所得亮绿色薄膜是由形态尺寸均一碳化硅纳米线构成，膜层厚度约为1.38μm。
实施例4
取1mol硝酸镍(Ni(NO3)2)粉末，溶解在100mL的去离子水中，配制成硝酸镍溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，在基板周围形成浅青色的硝酸镍薄层。称取同实施例2中的三组分原料，充分混合后移入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。微波反应参数的设置同实施例1。取出后发现，在基板形成一层非连续的黄绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜和台阶测厚仪的分析，可证明所得黄绿色薄膜是由形态尺寸均一碳化硅纳米线构成，膜层厚度约为1.24μm。
实施例5
取1mol氯化镍(NiCl2)粉末，溶解在100mL的去离子水中，配制成氯化镍溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，在基板周围形成浅青色的氯化镍薄层。称取同实施例4中的三组分原料，充分混合后移入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。微波反应参数的设置同实施例4。取出后发现，在基板同样形成一层非连续的黄绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜和台阶测厚仪的分析，可证明所得黄绿色薄膜是由形态尺寸均一碳化硅纳米线构成，膜层厚度约为1.26μm。
实施例6
配置同实施例1中的Fe(NO3)3溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，即可在基板周围形成橙黄色的硝酸铁薄膜。称量2.4g活性碳粉，2.8g硅粉和6g二氧化硅粉，将此三组份原料充分混匀后放入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。设置微波反应参数：真空度20kPa，功率调节范围0-5kW，40min内快速升温至1200℃并在该温度条件下保温40min，关闭微波功率冷却至室温。取出后发现在基板上形成一层均匀的亮绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜进行结构表征，证实薄膜是由的碳化硅纳米线组成，利用台阶测厚仪测得膜层的厚度约1.5μm。
图4为所得产物的低倍扫描电镜照片，图中可以看到合成的碳化硅薄膜是由大量纳米线彼此交联而成。图5为所得产物的高倍扫描电镜照片，图中能够进一步发现，这些纳米线的尺寸有所差异，且呈现出豆芽状的形态。
实施例7
配置同实施例1中的Fe(NO3)3溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，即可在基板周围形成橙黄色的硝酸铁薄膜。称量2.4g鳞片石墨，2.8g硅粉和6g二氧化硅粉，将此三组份原料充分混匀后放入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。微波反应参数的设置同实施例1，反应结束后，关闭微波功率冷却至室温。取出后发现在基板上形成一层均匀的灰绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜进行结构表征，证实薄膜是由碳化硅纳米线组成，利用台阶测厚仪测得膜层的厚度约为1.76μm。
图6为所得产物的低倍扫描电镜照片，图中可以看到合成的碳化硅薄膜是由纳米线彼此交联而成。
实施例8
取1mol Fe(NO3)3粉末溶解在100mL的去水乙醇中，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，即可在基板周围形成橙黄色的硝酸铁薄膜。称取同实施例1中的三组分原料，充分混合后移入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。设置微波反应参数：真空度20kPa，功率调节范围0-8kW，40min内快速升温至1350℃并在该温度条件下保温40min，关闭微波功率冷却至室温。取出后发现在基板上形成一层均匀的亮绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜和台阶测厚仪的分析，可证明所得亮绿色薄膜是由形态尺寸均一碳化硅纳米线构成，形貌结构类似于图2，膜层的厚度约为1.65μm。
实施例9
配置同实施例6中的Fe(NO3)3溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，即可在基板周围形成橙黄色的硝酸铁薄膜。称取同实施例1中的三组分原料，充分混合后移入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。设置微波反应参数：真空度20kPa，功率调节范围0-10kW，40min内快速升温至1450℃并在该温度条件下保温40min，关闭微波功率冷却至室温。取出后发现在基板上形成一层均匀的亮绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜和台阶测厚仪的分析，可证明所得亮绿色薄膜是由形态尺寸均一碳化硅纳米线构成，膜层的平均厚度约为1.8μm。
图7为所得产物的低倍扫描电镜照片，图中可以看出合成的碳化硅薄膜是由纳米线彼此交联而成。
实施例10
配置同实施例6中的Fe(NO3)3溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，即可在基板周围形成橙黄色的硝酸铁薄膜。称取同实施例1中的三组分原料，充分混合后移入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。设置微波反应参数：真空度20kPa，功率调节范围0-10kW，40min内快速升温至1450℃并在该温度条件下保温60min，关闭微波功率冷却至室温。取出后发现在基板上形成一层均匀的亮绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜和台阶测厚仪的分析，可证明所得亮绿色薄膜是由形态尺寸均一碳化硅纳米线构成，其微观形貌结构类似于图7，膜层的厚度约为2.13μm。
实施例11
配置同实施例6中的Fe(NO3)3溶液，将陶瓷基板浸泡在该溶液中6h后取出，即可在基板周围形成橙黄色的硝酸铁薄膜。称取同实施例1中的三组分原料，充分混合后移入陶瓷坩埚中。将陶瓷坩埚和陶瓷基板一同放入微波炉的谐振腔中心处。设置微波反应参数：真空度30kPa，功率调节范围0-10kW，40min内快速升温至1450℃并在该温度条件下保温80min，关闭微波功率冷却至室温。取出后发现在基板上形成一层均匀的亮绿色薄膜。
通过实施例1中采用的XRD、扫描电镜和台阶测厚仪的分析，可证明所得亮绿色薄膜是由形态尺寸均一碳化硅纳米线构成，其微观形貌结构类似于图7，膜层的厚度约为2.3μm。
上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种制备碳化硅纳米线薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：将单质碳、单质硅以及二氧化硅充分混合后放入陶瓷坩埚中；将所述陶瓷坩埚与经过镍盐或铁盐溶液预处理陶瓷基板一起放入微波炉的谐振腔中，抽去部分空气，在低气压状态下使用微波加热反应，快速加热至反应温度；保温一段时间后，关闭微波，自然冷却至室温，在所述陶瓷基板表面形成的即为碳化硅纳米线薄膜。
所述预处理过程包括将镍盐或铁盐溶解在水或乙醇中，配制盐溶液，将陶瓷基板浸泡在所述盐溶液中，取出后室温下风干。
2.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅纳米线薄膜的方法，其特征在于：所述单质碳为人造石墨、鳞片石墨或活性炭的一种。
3.根据权利要求1或2所述的一种制备碳化硅纳米线薄膜的方法，其特征在于：所述单质碳、单质硅以及二氧化硅的摩尔比为(1-2):1:1。
4.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅纳米线薄膜的方法，其特征在于：所述盐溶液的浓度为0.01-0.1mol/L。
5.根据权利要求1或4之一所述的一种制备碳化硅纳米线薄膜的方法，其特征在于：所述陶瓷基板在所述盐溶液中浸泡时间为4-10h。
6.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅纳米线薄膜的方法，其特征在于：微波加热时，保持所述微波谐振腔内的气压为10-30kPa。
7.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅纳米线薄膜的方法，其特征在于：微波加热时，在20-40min内，将陶瓷坩埚内原料加热到1200-1450℃。
8.根据权利要求1所述的一种制备碳化硅纳米线薄膜的方法，其特征在于：保温时间为20-60min。
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