納米碳化硅的制備方法及研究進展郝斌張萌(唐山學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程系河北唐山063000)摘要：納米Sic材料是多種性能非常優(yōu)越的材料，本文對納米碳化硅的研究進展做了綜述，并介紹了幾種常用的制備納米碳化硅粉體、碳化硅納米線的方法，同時就其應(yīng)用及大規(guī)模生產(chǎn)方面簡述了其各自的特點，并提出了一些需要注意的問題。關(guān)鍵詞：納米碳化硅；制備方法；研究進展PreparationofNano-SicandResearchProgressHaoBin,ZhangMeng(Tangshancollege,DepartmentofEnviromentalandchemicalEngineering,HebeiTangshan063000)Abstract:ThenanometerSicmaterialwasthemanykindsofperformanceextremelysuperiormaterial,thisarticlehasmadethesummarytothenanometersiliconcarbideresearchprogress,andintroducedseveralkindofcommonlyusedpreparationnanometercarbonizationsilicaflourbody,thesiliconcarbideacceptedtherice-flournoodlethemethod,simultaneouslyhassummarizeditsrespectivecharacteristiconitsapplicationandthelargescaleproductionaspect,andaskedsomeneedattentionquestion.Keywords:nano-siliconcarbide;preparationmethod;researchprogress1引言納米材料的出現(xiàn)是21世紀材料科學(xué)發(fā)展的重要標志，它所表現(xiàn)出的強大的科學(xué)生命力不僅是因為揭示出科學(xué)的深刻物理含義，而更重要的是它所發(fā)現(xiàn)的新結(jié)構(gòu)、新現(xiàn)象、新效應(yīng)源源不斷地被用來開發(fā)具有新結(jié)構(gòu)、新性能的固體器件，對通訊、微電子等高新技術(shù)產(chǎn)生極其深遠的影響。納米碳化硅具有良好的導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱震性等優(yōu)點，而且能夠在高溫、強腐蝕性等苛刻條件下使用，使得它成為化學(xué)反應(yīng)中催化劑載體的理想材料，并且已經(jīng)被成功應(yīng)用于一些重要的化學(xué)反應(yīng)中，如：低溫脫硫、催化氧化、汽車尾氣的凈化、甲烷偶聯(lián)、直鏈烷烴的異構(gòu)化等［1］。所以，對納米碳化硅材料制備方法的研究具有十分重要的意義。2納米SiC的研究進展碳化硅（SiC）是第三代半導(dǎo)體的核心材料之一，與硅、砷化鎵相比，它具有許多優(yōu)點，如寬帶隙、高電子飽和高擊穿場強、熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性好等，非常適于制作高溫、高頻、抗輻射、大功率和高密度集成的電子器件［2］。90年代以后，6H-SiC和4H-SiC單晶片分別于1991,1994年實現(xiàn)商品化⑶并且SiC薄膜制備技術(shù)方面也取得了可喜進展，如：化學(xué)氣相沉淀法（CVD），分子束外延法（MBE）、原子層外延法及脈沖激光淀積（PLD）等，使得SiC單晶薄膜的質(zhì)量不斷提高，SiC已成為比較成熟的寬帶隙半導(dǎo)體材料之一⑷。SiC作為一種高效發(fā)光半導(dǎo)體材料已經(jīng)久為人知，早在1932年，人們既已發(fā)現(xiàn)SiC的注入導(dǎo)致發(fā)光現(xiàn)象⑸。經(jīng)過多年研究，目前已經(jīng)清楚，SiC是一種間接帶隙半導(dǎo)體材料，它有效的發(fā)光來源于雜質(zhì)能級間的間接復(fù)合過程，因此，SiC的摻雜對其光學(xué)性能有很大的影響，過去40年來，SiC的淺雜質(zhì)能級一直是研究的熱點。摻入不同雜質(zhì)，可改變發(fā)光波長，其范圍覆蓋了從紅到紫的各種色光。SiC發(fā)藍光具有很重要的意義。藍光是自然界的重要基本色光，是平面全色顯示的要素，因為其波長較短，用于光信息存儲，可以大幅度提高信息存儲密度，同時，它還是一種水下通訊的重要載息光源。藍光器件在彩色復(fù)印、彩色打印、彩色掃描、光譜色譜儀器、醫(yī)療器械、圖像處理和儀表顯示等方面也是極其重要的元件。鑒于SiC能夠發(fā)藍光，研究者對此作了大量的工作。廖良生等人利用離子注入法將c+注入到硅基片上形成3C-SiC，經(jīng)退火、陽極氧化后得到多孔3C-SiC，發(fā)現(xiàn)其具有藍光發(fā)射能力，波長為4552.79ev⑹。Liu［7］等于真空條件下高溫分解聚酰亞胺在孔狀襯底上得到3C-SiC膜，經(jīng)900°C熱處理后仍然具有藍綠光的光致發(fā)光效應(yīng)。國內(nèi)外許多學(xué)者對低維3C-SiC納米材料的藍光發(fā)光效應(yīng)，進行了大量的實驗，但是對其發(fā)光機制仍處于眾說紛紜的階段。這是因為，人們對采用不同工藝方法制備的碳化硅納米材料電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的了解，還遠不像對單晶碳化硅那么清楚，這尚需一個逐漸深化的過程。因此，開展3C-SiC納米材料的制備工作對研究其發(fā)光機理具有非常重要的作用。熱化學(xué)氣相反應(yīng)法（CVD法）［⑸熱化學(xué)氣相反應(yīng)法，又稱化學(xué)氣相沉積法（chemicalvapordeposition,CVD法）。該方法應(yīng)用非常廣泛,可以用來制備粉體、晶須、纖維、薄膜和體材料等,近20年來主要應(yīng)用在半導(dǎo)體薄膜技術(shù)上。隨著納米材料研究的深入,現(xiàn)已成為制備納米粉體和薄膜的主要技術(shù)。CVD法制備納米粉體工藝是一個熱化學(xué)氣相反應(yīng)和形核生長的過程,在遠高于熱力學(xué)計算臨界反應(yīng)溫度條件下,反應(yīng)產(chǎn)物蒸氣形成很高的過飽和蒸氣壓,使得反應(yīng)產(chǎn)物自動凝聚形成大量的核,這些核在加熱區(qū)不斷長大聚集成顆粒,在合適的溫度條件下會晶化成為微晶。隨著載氣氣流的輸運和真空泵的抽送,反應(yīng)產(chǎn)物迅速離開加熱區(qū)進入低溫區(qū),顆粒生長、聚集、晶化過程停止,最后進入收集室收集起來,就可獲得所需的納米粉體。CVD法制備納米粉體可調(diào)的工藝參數(shù)有很多,比如濃度、流速、溫度和組成配比等。因此,采用CVD法制備納米粉體,有利于獲得最佳工藝條件,并達到納米粉體組成、形貌、尺寸、晶相等的可控。4結(jié)論本文從納米碳化硅材料的物理化學(xué)性能方面充分肯定了它對現(xiàn)代科學(xué)的重要性，并對其研究進展進行了調(diào)研并做了綜述，就其制備方法而言，介紹了幾種現(xiàn)代工藝常用的制備納米碳化硅粉體、碳化硅納米線的方法，同時簡述了其各自的特點，并比較各個方法在大生產(chǎn)方面的優(yōu)劣勢，對實際生產(chǎn)有重要指導(dǎo)意義，對其弊端，要繼續(xù)加強研究，完善工藝過程，以期得到理想的納米Sic材料。相信納米SiC材料將會帶來驚天巨變，將會在很大程度上改善我們的生活品質(zhì)。參考文獻劉水剛，高偉.多孔碳化硅的制備與應(yīng)用研究進展.陶瓷,2004,2:13-17.JBCasady,RWJohnson,SolidStateElectronics,1996,39:1409.Cree,Research,inc,2810MeridianParkway,Durham,NC27713.DNakamura,IGunjishima,SYamaguchi,etal,Nature,2004,430(7003):1009.張榮.固體電子學(xué)研究進展.藍光半導(dǎo)體碳化硅---材料、器件和工藝1996，16：94-102.LSLiao,etal,Appl.Phys.Lett,1995,55:6951.RLiu,BYang,ZFu,P.He,YRuan,SoildStateCommun.1998,106,211.E.W.Wong,,P.E.Sheehan,C.M.Liieber,Science,1997,277:1971.YBLi,SSXie,XPZou,etal,JcrystalGrowth,2001,223:125.錢逸泰.碳、碳化硅及氮化硅等納米功能材料的制備.功能材料，2008，5，3，5-8.QYLu,JQHu,KBTang,etal,Appl.Phys.Lett,1999,75:507.[12]JQHuQ.,KBTang,YTQian,WCYu,GE.Zhou,XMLiu,JXWu,2000,104：5251[13]張波，李建保，孫晶晶.溶膠-凝膠法制備納米碳化硅粉的幾種影響因素.碳素技術(shù)，2000，4，50-53[14]趙東林，羅發(fā)，周萬城.納米碳化硅、氮化硅和和摻雜氮化硅粉體的制備.硅酸鹽學(xué)報.2008，36，6，783-787.[15]黃政仁，江東亮.SiC和Si3N4納米陶瓷粉體制備技術(shù).硅酸鹽學(xué)報.1996,24,5，570-577.作