專利名稱：一種在柔性碳纖維襯底上制備單晶碳化硅納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種在柔性碳纖維襯底上制備單晶碳化硅納米線的方法。
背景技術(shù)：
ー維納米材料，比如納米線、納米纖維、納米棒、納米帶等，由于其表現(xiàn)出來的獨特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)，被廣泛地應(yīng)用于納米電子器件、納米激光器、生物傳感器及納米復(fù)合材料等方面。碳化硅納米線作為重要的ー種半導(dǎo)體納米材料，具有寬帶隙、高擊穿電場強度、高熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性，這些特性使得碳化硅納米線在構(gòu)筑納米光電子器件中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前已有很多種制備碳化硅納米線的方法，依據(jù)反應(yīng)媒介的不同，大致可以分為氣相法和溶液法。氣相法在大規(guī)模生長高質(zhì)量碳化硅納米線方面具有獨特的優(yōu)勢?，F(xiàn)有的氣相法一般涉及到在襯底上反應(yīng)、生長和沉積碳化 硅納米線，而這些襯底主要集中在石墨片、碳化硅晶圓、硅片、氧化鋁等剛性物質(zhì)(具體可見文獻(xiàn)Dai et al. ,Nature, 1995, 375,29 ；Niu et al. ,Acta Mater. , 2009, 57,3084 ；ffu etal. , Nanotechnology,2008,19, 335602 ；ffang e al. , J.Phys. Chem. ,2010,114,2591 ；Sunet al.，CrystEngComm.，2010,12,1134 ；L. ff. Lin, Nanoscale, 2011, 3,1582)。此外，這些方法在不同程度上存在著需要特殊的儀器設(shè)備、產(chǎn)率低、制備方法復(fù)雜。生長的碳化硅納米線取向性差等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在干，提供一種可進(jìn)一歩拓寬碳化硅納米線的應(yīng)用范圍的、能在柔性襯底上大規(guī)模生長高質(zhì)量單晶碳化硅納米線陣列的方法?，F(xiàn)將本發(fā)明構(gòu)思及技術(shù)解決方案敘述如下本發(fā)明的基本構(gòu)思是，利用市售的碳纖維布具備柔軟、彎曲的特性和既可以作為生長碳化硅納米線所需的碳源，又可以作為柔性襯底，沉積碳化硅納米線陣列的優(yōu)越特征，在柔性碳纖維襯底上制備單晶碳化硅納米線，提供一種以碳纖維布作為襯底，大規(guī)模制備高質(zhì)量單晶碳化硅納米線陣列的方法。用這種方法所需設(shè)備簡單，操作方便，生長出的碳化硅納米線結(jié)晶性好、產(chǎn)率高，沿著碳纖維表面徑向排列，有一定的取向性。反應(yīng)裝置如圖I所示。本發(fā)明ー種在柔性碳纖維襯底上制備單晶碳化硅納米線的方法，其特征在干整個碳化硅納米線的生長エ藝包括以下步驟步驟I :市售的碳纖維布浸泡在0. I 0. 5mol/l的硝酸鐵溶液0. 5 I. 5小時，然后取出，在干燥箱中，晾干；步驟2 :將的硅粉放入氧化鋁坩堝，然后用碳纖維布蓋上，硅粉與碳纖維布的重量比為7 : 3 ;碳纖維布上面再用蓋子壓住；
步驟3 :整個反應(yīng)裝置放進(jìn)管式爐，抽真空，然后通入氬氣保護(hù)；真空度小于IPa;氬氣流量為50 500ml/min ；步驟4 :加熱到1400 1600°C，保溫I 6個小時，然后自然冷卻；步驟5 :直接取出反應(yīng)后的碳纖維布，此時，大量的碳化硅納米線陣列在碳纖維布襯底上生長。本發(fā)明的特點在于在(I)原料易得，成本低廉，エ藝簡單。(2)氬氣作為惰性氣體保護(hù)，既可以流動，也可以不流動，對反應(yīng)設(shè)備無特殊要求，凡是能加熱到大于1400度的高溫的爐子均可使用。
(3)柔性的碳纖維布既作為襯底沉積碳化硅納米線，又作為碳源，參與反應(yīng)，且反應(yīng)后，仍保持一定的柔韌性質(zhì)。碳纖維還可以作為柔性基底制備其它的碳化物納米材料，如碳化硼、碳化鈦等。(4)生長出的碳化硅納米線具有一定的取向性，結(jié)晶性好，產(chǎn)率高。


圖I :本發(fā)明生長碳化硅納米線陣列反應(yīng)裝置示意2 :本發(fā)明加熱6個小時后碳纖維布的XRD相圖
具體實施例方式實施例整個碳化硅納米線的生長エ藝包括以下步驟步驟I :市售的碳纖維布浸泡在0. 3mol/l的硝酸鐵溶液I小時，然后取出，在干燥箱中，晾干。步驟2 :氧化鋁坩堝放入硅粉14克，然后將稱取的6克碳纖維布蓋上，碳纖維布上面再用蓋子壓?。徊襟E3 :整個反應(yīng)裝置放進(jìn)管式爐，抽真空到0. IPa，然后通入氬氣保護(hù)；步驟4 :加熱到1500°C，保溫6個小時，然后自然冷卻。步驟5 :直接取出反應(yīng)后的碳纖維布，此時，大量的碳化硅納米線陣列在碳纖維布襯。參見圖I :生長碳化硅納米線陣列在水平管式爐中進(jìn)行反應(yīng)的裝置示意圖參見圖2 :加熱6個小時后碳纖維布的XRD相分析，表明反應(yīng)結(jié)束后，碳纖維布上生長出碳化硅納米線，且產(chǎn)物的結(jié)晶性好。低倍掃描電鏡下的加熱時間為6個小時后碳纖維布照片，可以看到碳纖維布上覆蓋了很密的線狀產(chǎn)物，產(chǎn)率非常高；更高倍數(shù)下的產(chǎn)物掃描電鏡照片，可以看到碳化硅納米線沿著碳纖維表面大致徑向排列，長度可達(dá)數(shù)十微米；高倍碳化硅納米線掃描電鏡照片，可以看出生長出的納米線表面十分干凈，準(zhǔn)直性好，直徑介于100和200nm間。納米線表面的能譜分析結(jié)果，其組成成分只有碳和硅元素。
權(quán)利要求
1. 一種在柔性碳纖維襯底上制備單晶碳化硅納米線的方法，其特征在于整個碳化硅納米線的生長工藝包括以下步驟 步驟I :市售的碳纖維布浸泡在O. I O. 5mol/l的硝酸鐵溶液O. 5 I. 5小時，然后取出，在干燥箱中，晾干； 步驟2 :將的硅粉放入氧化鋁坩堝，然后用碳纖維布蓋上，硅粉與碳纖維布的重量比為7 3 ;碳纖維布上面再用蓋子壓??； 步驟3 :整個反應(yīng)裝置放進(jìn)管式爐，抽真空，然后通入氬氣保護(hù)；真空度小于IPa ;氬氣流量為50 500ml/min ； 步驟4 :加熱到1400 1600°C，保溫I 6個小時，然后自然冷卻； 步驟5 :直接取出反應(yīng)后的碳纖維布，此時，大量的碳化硅納米線陣列在碳纖維布襯底上生長。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在柔性碳纖維襯底上制備單晶碳化硅納米線的方法。利用市售的碳纖維布具備柔軟、彎曲的特性和既可以作為生長碳化硅納米線所需的碳源，又可以作為柔性襯底，沉積碳化硅納米線陣列的優(yōu)越特征，在柔性襯底上制備大規(guī)模生長單晶碳化硅納米線陣列。本發(fā)明的特點在于原料易得，成本低廉，工藝簡單；氬氣作為惰性氣體保護(hù)，既可以流動，也可以不流動，對反應(yīng)設(shè)備無特殊要求，凡是能加熱到高溫的爐子均可使用；柔性的碳纖維布既作為襯底沉積碳化硅納米線，又作為碳源，參與反應(yīng)，且反應(yīng)后，仍保持一定的柔韌性質(zhì)；碳纖維還可以作為柔性基底制備其它的碳化物納米材料；生長出的碳化硅納米線具有一定的取向性，結(jié)晶性好，產(chǎn)率高。
文檔編號C30B25/00GK102828249SQ201210134929
公開日2012年12月19日 申請日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者汪劉應(yīng), 吳仁兵, 劉顧 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院