碳納米管模板法制備SiC納米線的研究.pdf

1、一維納米材料的制備及性能研究是當(dāng)今凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，也是最前沿的領(lǐng)域之一。SiC納米線作為一種一維納米材料，有著十分優(yōu)異的場(chǎng)致電子發(fā)射性能，可作為新型電子光源，這將使它在圖像顯示技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用并有著廣闊的應(yīng)用前景。目前SiC納米線的研究剛剛起步，仍然處在基礎(chǔ)研究階段，如基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)SiC納米線的可控制備，因此急需發(fā)展新的制備技術(shù)和工藝。本論文研究了以碳納米管為模板制備SiC納米線的技術(shù)，在SiC納米線的可控

2、制備方面做了一些探索性工作。主要在以下幾個(gè)方面獲得了一些創(chuàng)新性的結(jié)果： 1、發(fā)展了一種新穎的SiC納米線的制備技術(shù)—碳納米管模板法：首先制備出碳納米管，然后在其上覆蓋Si原子經(jīng)退火合成SiC納米線。實(shí)現(xiàn)了SiC納米線的可控制備。 2、用乙炔和氫氣在直流PECVD設(shè)備中制備出了潔凈度高、可控生長(zhǎng)的碳納米管，這種方法現(xiàn)在報(bào)道極少。采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察碳納米管的形貌，用X射線衍射(XRD)、X射線光電子譜儀(XPS

3、)及Raman光散射儀分析了碳納米管的結(jié)構(gòu)和成分等特征。系統(tǒng)研究了碳納米管制備的工藝技術(shù)路線，通過(guò)調(diào)整工藝，制備出了各種不同參數(shù)(直徑、長(zhǎng)度、密度等)的碳納米管。 3、在碳納米管可控制備的基礎(chǔ)上，采用在其上覆蓋Si原子并退火的方法合成了SiC納米線。經(jīng)過(guò)各種表征手段，如用X射線衍射(XRD)、X射線光電子譜儀(XPS)及Raman光散射儀分析了樣品的結(jié)構(gòu)和成分等特征，用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了樣品的形貌，用充分的證據(jù)證明了

4、用這種方法確實(shí)制備出了SiC納米線。系統(tǒng)研究了不同工藝參數(shù)(退火溫度、退火時(shí)間及Si覆蓋量等)對(duì)SiC納米線的影響。通過(guò)調(diào)整工藝，制備出了具有不同參數(shù)的SiC納米線，實(shí)現(xiàn)了SiC納米線的可控制備。首次發(fā)現(xiàn)SiC納米線的定向性相比原來(lái)作為模板的碳納米管有了一定程度的提高。退火溫度對(duì)SiC納米線的晶化程度有著至關(guān)重要的影響，研究發(fā)現(xiàn)，退火溫度要達(dá)到1200℃以上時(shí)才能形成結(jié)晶比較好的β-SiC立方結(jié)構(gòu)。退火時(shí)間也對(duì)SiC納米線的結(jié)構(gòu)起著重要

5、的影響，一般來(lái)說(shuō)，時(shí)間長(zhǎng)一些，晶化程度也要好一些。 4、研究比較了碳納米管及SiC納米線的場(chǎng)致電子發(fā)射性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)這兩種材料的密度與場(chǎng)發(fā)射性能密切相關(guān)，當(dāng)密度比較大時(shí)，由于屏蔽效應(yīng)會(huì)造成閾值場(chǎng)強(qiáng)增大；對(duì)碳納米管來(lái)說(shuō)，電極間距分別為100μm、200μm和300μm時(shí)，閾值場(chǎng)強(qiáng)分別為24V/μm、13V/μm和11V/μm，隨著電極間距的增大，閾值場(chǎng)強(qiáng)降低，SiC納米線也有同樣的規(guī)律；在其他條件相同的情況下，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則閾值場(chǎng)強(qiáng)越小