前驱体法合成氮化铝纳米材料及其生长机制
发布时间：2021-12-10 10:16
以尿素为固体氮源、AlCl3·6H2O为铝源,通过溶液反应合成金属络合物前驱体Al（CON2H4）6Cl3,前驱体经过1 000℃煅烧,制备得到球形h-AlN纳米颗粒。研究了气氛压力及合成时间对AlN纳米颗粒形貌的影响及AlN的形核生长机制。结果表明:在0.1～0.2 MPa的N2压力下,球状AlN颗粒由<10 nm的等轴状细小晶粒与非晶相团聚而成,直径为320～460 nm;随着N2压力增至0.5 MPa,球状AlN直径增加至650 nm,团聚体中棒状AlN晶体出现,随着烧结时间延长,棒状晶尺寸增大,数量增加。AlN纳米颗粒由前驱体分解形成的AlCl3和NH3反应而成,随着N2压力增大,坩埚内气相饱和度增大,促进了AlN的形核与生长,使得非晶相含量减少,AlN结晶度提高。
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020,48(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
前驱体及AlN样品的XRD谱
图6为AlN样品的SEM照片。4种样品均为类球状AlN。当N2压力不同时，AlN颗粒的尺寸及表面形貌存在明显的差异。由图6a、图6c、图6e、图6g可知，随着N2压力的增大，AlN球的尺寸增大。样品A1-5尺寸约为320 nm，样品A2-5尺寸约为460 nm，样品A5-5与样品A5-3尺寸约为650 nm。如图6b、图6d、图6f及图6h所示，球状AlN由众多细小晶粒团聚而成。随着N2压力的增大，坩埚内前驱体分解形成的气相逸出量降低，蒸气压增加，AlN的形核数量增多，AlN晶粒生长速率加快；另一方面，高的饱和蒸气压增加有利于AlN晶核的聚集，从而使球形AlN直径增加[17]。如图6f与图6h所示，在0.5 MPa的压力条件下，AlN表面存在棒状晶，随着烧结时间的延长，棒状晶尺寸增大。棒状晶粒是h-AlN晶粒的稳定结构，坩埚内气相饱和度增大，加速了AlN晶粒的形核与生长。
图8为球状AlN的形成过程示意图。当N2压力为0.1～0.2 MPa时，铝盐与NH3反应之后，生成了h-AlN等轴状细小晶粒与非晶AlN，由于体系能量最低原理[19–20]，这些小颗粒团聚形成球状AlN。当N2压力增加至0.5 MPa时，坩埚内反应物的蒸气压增大，促进了AlN的形核与生长，择优生长的棒状AlN晶体出现，与等轴状晶粒及非晶相构成了球状AlN。随着烧结时间的延长，结晶度增大，非晶AlN基本消失，等轴状晶粒数量减小，棒状晶尺寸增大。这一现象符合Ostwald熟化机制，能量较大的细小等轴状晶粒被结构稳定的棒状晶“吃掉”，造成小晶粒消失，棒状晶继续长大。图7 AlN样品的TEM照片
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮化铝晶须制备研究进展[J]. 王森,梁峰,田亮,张根,张海军. 耐火材料. 2019(02)
[2]自蔓延燃烧合成氮化铝晶须及其生长机理[J]. 曹冲,周涛,李文魁,艾建平. 江西科技师范大学学报. 2017(06)
[3]尿素溶液法合成纳米AlN粉体[J]. 黄雄,程艳玲,林华泰. 人工晶体学报. 2017(05)
[4]项链状AlN纳米线的化学气相沉积法制备及生长机制[J]. 杨松林,牛培利,于荣海. 硅酸盐学报. 2010(07)
[5]尿素对前驱物及氮化铝粉末粒度形貌的影响[J]. 秦明礼,曲选辉,肖平安,林健凉,汤春峰,祝宝军. 硅酸盐学报. 2003(04)
[6]氮气压对自蔓延高温合成AlN后烧的影响[J]. 王华彬,韩杰才,郑永挺,杜善义. 材料研究学报. 2000(S1)
[7]氮化铝（AlN）陶瓷的特性、制备及应用[J]. 秦明礼,曲选辉,黄栋生,林健凉. 陶瓷工程. 2000(04)
[8]热解前驱体制备AlN粉末[J]. 余润洲,李德意,唐绍裘,杜海清. 硅酸盐学报. 2000(04)
博士论文
[1]纳米填料和高导热高分子复合材料的制备及其性能研究[D]. 高智芳.天津大学 2013
[2]SnO2及Sn-Fe-Nb-O体系的合成与性质研究[D]. 王宇.吉林大学 2008
本文编号：3532420
【文章来源】：硅酸盐学报. 2020,48(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
前驱体及AlN样品的XRD谱
图6为AlN样品的SEM照片。4种样品均为类球状AlN。当N2压力不同时，AlN颗粒的尺寸及表面形貌存在明显的差异。由图6a、图6c、图6e、图6g可知，随着N2压力的增大，AlN球的尺寸增大。样品A1-5尺寸约为320 nm，样品A2-5尺寸约为460 nm，样品A5-5与样品A5-3尺寸约为650 nm。如图6b、图6d、图6f及图6h所示，球状AlN由众多细小晶粒团聚而成。随着N2压力的增大，坩埚内前驱体分解形成的气相逸出量降低，蒸气压增加，AlN的形核数量增多，AlN晶粒生长速率加快；另一方面，高的饱和蒸气压增加有利于AlN晶核的聚集，从而使球形AlN直径增加[17]。如图6f与图6h所示，在0.5 MPa的压力条件下，AlN表面存在棒状晶，随着烧结时间的延长，棒状晶尺寸增大。棒状晶粒是h-AlN晶粒的稳定结构，坩埚内气相饱和度增大，加速了AlN晶粒的形核与生长。
图8为球状AlN的形成过程示意图。当N2压力为0.1～0.2 MPa时，铝盐与NH3反应之后，生成了h-AlN等轴状细小晶粒与非晶AlN，由于体系能量最低原理[19–20]，这些小颗粒团聚形成球状AlN。当N2压力增加至0.5 MPa时，坩埚内反应物的蒸气压增大，促进了AlN的形核与生长，择优生长的棒状AlN晶体出现，与等轴状晶粒及非晶相构成了球状AlN。随着烧结时间的延长，结晶度增大，非晶AlN基本消失，等轴状晶粒数量减小，棒状晶尺寸增大。这一现象符合Ostwald熟化机制，能量较大的细小等轴状晶粒被结构稳定的棒状晶“吃掉”，造成小晶粒消失，棒状晶继续长大。图7 AlN样品的TEM照片
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮化铝晶须制备研究进展[J]. 王森,梁峰,田亮,张根,张海军. 耐火材料. 2019(02)
[2]自蔓延燃烧合成氮化铝晶须及其生长机理[J]. 曹冲,周涛,李文魁,艾建平. 江西科技师范大学学报. 2017(06)
[3]尿素溶液法合成纳米AlN粉体[J]. 黄雄,程艳玲,林华泰. 人工晶体学报. 2017(05)
[4]项链状AlN纳米线的化学气相沉积法制备及生长机制[J]. 杨松林,牛培利,于荣海. 硅酸盐学报. 2010(07)
[5]尿素对前驱物及氮化铝粉末粒度形貌的影响[J]. 秦明礼,曲选辉,肖平安,林健凉,汤春峰,祝宝军. 硅酸盐学报. 2003(04)
[6]氮气压对自蔓延高温合成AlN后烧的影响[J]. 王华彬,韩杰才,郑永挺,杜善义. 材料研究学报. 2000(S1)
[7]氮化铝（AlN）陶瓷的特性、制备及应用[J]. 秦明礼,曲选辉,黄栋生,林健凉. 陶瓷工程. 2000(04)
[8]热解前驱体制备AlN粉末[J]. 余润洲,李德意,唐绍裘,杜海清. 硅酸盐学报. 2000(04)
博士论文
[1]纳米填料和高导热高分子复合材料的制备及其性能研究[D]. 高智芳.天津大学 2013
[2]SnO2及Sn-Fe-Nb-O体系的合成与性质研究[D]. 王宇.吉林大学 2008
本文编号：3532420
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3532420.html
