碳化硅納米線的生長(zhǎng)熱力學(xué)分析及制備研究.pdf

1、碳化硅納米線具有高熱導(dǎo)率、高化學(xué)穩(wěn)定性、超塑性、耐高溫、耐腐蝕和獨(dú)特光學(xué)、電學(xué)性能，在高強(qiáng)復(fù)合材料、納米電子器件、光子器件、光敏傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。碳化硅納米線的可控及宏量制備對(duì)其實(shí)際應(yīng)用的開發(fā)具有重要意義。本課題通過對(duì)碳化硅納米線的生長(zhǎng)熱力學(xué)進(jìn)行分析，討論碳化硅納米線生長(zhǎng)機(jī)理，并采用碳熱還原法制備碳化硅納米線，主要得到如下結(jié)論:
　　(1)對(duì)Si-C-O體系碳化硅納米線生長(zhǎng)反應(yīng)進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算與分析，并討論其生長(zhǎng)機(jī)理。

2、Si-C-O反應(yīng)體系中，SiO(g)主要由SiO2(s)與C(s)、Si(s)反應(yīng)來生成，CO(g)主要由CO2(s)與C(s)反應(yīng)、SiO(g)與C(s)反應(yīng)生成。SiC(s)晶核最可能由SiO(g)與C(s)反應(yīng)、Si(s)與C(s)反應(yīng)生成。碳化硅納米線的生長(zhǎng)最可能由SiO(g)與CO(g)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。
　　(2)對(duì)Si-C-O-H體系碳化硅納米線生長(zhǎng)反應(yīng)進(jìn)行熱力學(xué)計(jì)算與分析，并討論其生長(zhǎng)機(jī)理。文中討論的Si-C-O-H體系與

3、Si-C-O體系最大區(qū)別在于Si-C-O-H體系中有機(jī)原料裂解形成大量C(s)(Si(s))顆粒。聚二甲基硅氧烷與金屬硅粉體系中SiC(s)晶核最可能由Si(s)與C(s)反應(yīng)生成，無水乙醇與金屬硅粉體系中SiC(s)晶核最可能由SiO(g)與C(s)反應(yīng)生成。
　　(3)研究在封閉反應(yīng)裝置中碳化硅納米線制備情況。以聚二甲基硅氧烷為液態(tài)硅源/碳源，金屬硅粉為固態(tài)硅源組成Si-C-O-H反應(yīng)體系，成功制備出表面光滑、直徑均勻的3C-

4、SiC納米線，納米線直徑約為30nm，長(zhǎng)度可達(dá)幾厘米并具有較高的結(jié)晶度，同時(shí)在碳化硅納米線表面含有厚度約為2nm的SiO2包覆層。
　　(4)研究在敞口反應(yīng)裝置中碳化硅納米線的制備情況。分別以聚二甲基硅氧烷和乙醇為液態(tài)硅源/碳源，金屬硅粉為固態(tài)硅源組成Si-C-O-H反應(yīng)體系，成功制備出6H-SiC納米線，納米線直徑為幾十到幾百納米不等，長(zhǎng)度為幾百微米。通過在乙醇與金屬硅粉體系中引入0.05％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的二茂鐵作為催化劑，調(diào)整液態(tài)原