碳化硅納米晶須的熱蒸發(fā)法合成與表征.pdf

1、碳化硅(SiC)納米晶須不僅維持SiC塊體材料的寬帶隙、高臨界擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高載流子遷移率等特點(diǎn)，還由于小尺寸和低維效應(yīng)，在光、電、熱、磁及機(jī)械性能等方面展現(xiàn)奇特性質(zhì)，在光電子材料、復(fù)合材料、傳感器、催化劑等方面有潛在重要應(yīng)用。具有有序陣列結(jié)構(gòu)的SiC納米晶須還可能成為新一代高分辨的顯示材料和發(fā)光材料。對(duì)有陣列結(jié)構(gòu)的一維SiC納米晶須的制備、性能、生長(zhǎng)機(jī)理及應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)研究不論在科研還是實(shí)際應(yīng)用方面都具有重要的意義。 與大

2、量文獻(xiàn)報(bào)道的制備方法相比，本文采用相對(duì)簡(jiǎn)便和成本低廉的熱蒸發(fā)技術(shù)，采用不同的碳源和硅源在碳纖維和石墨基板上沉積生長(zhǎng)了β-SiC(3C-SiC)納米晶須及其陣列。應(yīng)用X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡和能譜儀等測(cè)試手段研究了SiC納米晶須的相組成、形貌和結(jié)構(gòu)；應(yīng)用拉曼光譜、光致發(fā)光光譜和場(chǎng)致電子發(fā)射等分析方法研究了SiC納米線的光學(xué)和電學(xué)性能。在上述基礎(chǔ)上，提出了熱蒸發(fā)法生長(zhǎng)SiC納米晶須的反應(yīng)機(jī)理，探索了SiC納米晶須的微觀結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系

3、。論文得到了一系列重要結(jié)論，取得了一些創(chuàng)新性成果，為SiC納米晶須在納米器件領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用打下了的基礎(chǔ)。 研究結(jié)果表明，碳源及真空度的不同對(duì)SiC納米晶須的形貌及陣列結(jié)構(gòu)有重大影響：碳纖維基體上制得的SiC晶須具有針尖狀的頭部形貌，呈試管刷狀陣列結(jié)構(gòu)，而石墨片上合成的SiC晶須為取向不規(guī)則草坪狀陣列，呈六棱柱狀形貌；碳纖維上合成SiC晶須對(duì)真空度的要求較高，只在低真空下能制得大量產(chǎn)物，而石墨片上則在高和低真空下均能合成大量SiC

4、晶須。在熔體熔化的前提下，生長(zhǎng)溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，溫度的不同對(duì)晶須生長(zhǎng)的快慢有所影響，進(jìn)而體現(xiàn)在所制得的晶須的長(zhǎng)短上有所不同?；诜磻?yīng)不同階段所得到的SiC晶須的不同形貌，并結(jié)合其他實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析了針尖狀SiC納米晶須的生長(zhǎng)機(jī)理；基于六方棱柱狀SiC納米品須內(nèi)部的周期性{111}孿晶結(jié)構(gòu)，論文首次提出了孿晶納米線的生長(zhǎng)機(jī)理。 論文對(duì)以上兩種碳源基體上制得的SiC納米晶須進(jìn)行室溫下的光致發(fā)光(PL)和拉曼光譜實(shí)驗(yàn)。拉曼光譜分析表

5、明SiC納米晶須的拉曼曼峰位有向低波數(shù)偏移的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是由于其晶須內(nèi)存在的堆垛層錯(cuò)所造成。光致發(fā)光譜顯示，SiC納米晶須的發(fā)光峰位較之β-SiC體單晶有明顯的藍(lán)移。SiC納米晶須中堆垛層錯(cuò)導(dǎo)致的孿晶超晶格結(jié)構(gòu)的量子限域效應(yīng)是引起藍(lán)移及發(fā)光峰分裂的主要原因。石墨片基底上獲得的草坪狀SiC納米晶須陣列的場(chǎng)致電子發(fā)射實(shí)驗(yàn)表明SiC納米線具有良好的電子發(fā)射性能、高的亮度和低的開啟電壓，其場(chǎng)發(fā)射開啟電壓是2.1V/μm。 本文還以鈷硅