SiC一維納材料在不同基片上的合成、機(jī)理及性能研究.pdf

1、近年來，因在光、電、磁及機(jī)械力學(xué)等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景，寬帶隙半導(dǎo)體SiC一維納米材料已經(jīng)引起了人們極大的興趣，成為低維納米材料領(lǐng)域的重要研究熱點(diǎn)之一。本文詳細(xì)研究了采用化學(xué)氣相反應(yīng)法(CVR)在不同基片上(6H-SiC、C、Si)制備SiC一維納米材料的工藝條件、產(chǎn)物形貌、微觀結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)機(jī)理，并探索了SiC一維納米材料的場(chǎng)發(fā)射特性。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 選用經(jīng)球磨處理的Si-SiO2混合粉體作為硅源，高純CH4作為碳源，

2、分別選取KI、Ni作為催化劑，通過在立式真空可控氣氛爐中進(jìn)行一系列反應(yīng)，在6H-SiC基片上制備出了不同形貌的SiC一維納米材料，分別對(duì)其微觀形貌、顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。首次在6H-SiC基片上借助Ni的催化，成功制備出高質(zhì)量的β-SiC一維納米線陣列。分析表明：所得產(chǎn)物為立方結(jié)構(gòu)的β-SiC晶體，純度高且形貌均一，表面光滑無非晶氧化物包覆層，其具有一致的取向性，生長(zhǎng)軸向?yàn)閇111]方向。結(jié)合SiC納米線陣列的生長(zhǎng)條件與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，提出

3、了可能的生長(zhǎng)機(jī)理：因?yàn)?H-SiC與β-SiC在一定范圍內(nèi)具有相同的原子層面ABC排列，在固-液界面析出晶體時(shí)容易出現(xiàn)原子層面的錯(cuò)排和成鍵的變化，生長(zhǎng)出β-SiC納米線陣列。這種機(jī)理也為其它納米材料的陣列的制備提供了一種有效的方法和思路。
　　 通過改變催化條件(無催化劑、Fe催化、Fe-Ni催化)，分別在石墨基片上合成出了β-SiC納米線、納米棒及帶有C包覆外層表面粗糙的納米線。采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、X射線衍射儀(

4、XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、選區(qū)電子衍射(SAED)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了系統(tǒng)表征。結(jié)果表明：在反應(yīng)條件下，各產(chǎn)物均具有核-殼結(jié)構(gòu)，芯部為立方晶體結(jié)構(gòu)的β-SiC，并且在納米核心的內(nèi)部有大量的晶體缺陷存在。結(jié)合經(jīng)典的氣-液-固(VLS)生長(zhǎng)機(jī)制，提出了降溫過程中動(dòng)態(tài)飽和析出理論來解釋在Fe-Ni催化條件下納米線末端周期非晶層和β-SiC層的交替排列。通過對(duì)各產(chǎn)物進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射特性測(cè)試，得到了開啟電場(chǎng)為1.5 V