碳化硅纳米线的生长热力学分析及制备研究

发布时间：2017-12-25 20:34

  本文关键词：碳化硅纳米线的生长热力学分析及制备研究　出处：《浙江理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 碳化硅纳米线 热力学分析 Si-C-O反应体系 Si-C-O-H反应体系 气固反应生长机理

【摘要】：碳化硅纳米线具有高热导率、高化学稳定性、超塑性、耐高温、耐腐蚀和独特光学、电学性能,在高强复合材料、纳米电子器件、光子器件、光敏传感器等领域具有广阔的应用前景。碳化硅纳米线的可控及宏量制备对其实际应用的开发具有重要意义。本课题通过对碳化硅纳米线的生长热力学进行分析,讨论碳化硅纳米线生长机理,并采用碳热还原法制备碳化硅纳米线,主要得到如下结论:(1)Si-C-O体系碳化硅纳米线生长反应进行热力学计算与分析,及其生长机理讨论。SiC-O反应体系中,SiO(g)主要由SiO_2(s)与C(s)、Si(s)反应来生成,CO(g)主要由CO_2(s)与C(s)反应、SiO(g)与C(s)反应生成。SiC(s)晶核最可能由SiO(g)与C(s)反应、Si(s)与C(s)反应生成。碳化硅纳米线的生长最可能由SiO(g)与CO(g)反应实现。(2)Si-C-O-H体系碳化硅纳米线生长反应进行热力学计算与分析,及其生长机理。文中讨论的Si-C-O-H体系与Si-C-O体系最大区别在于Si-C-O-H体系中有机原料裂解形成大量C(s)(Si(s))颗粒。聚二甲基硅氧烷与金属硅粉体系中Si C(s)晶核最可能由Si(s)与C(s)反应生成,无水乙醇与金属硅粉体系中Si C(s)晶核最可能由SiO(g)与C(s)反应生成。(3)封闭反应体系中碳化硅纳米线的制备。以聚二甲基硅氧烷为液态硅源/碳源,金属硅粉为固态硅源组成Si-C-O-H反应体系,成功制备出表面光滑、直径均匀的3C-SiC纳米线,纳米线直径约为30 nm,长度可达几厘米并具有较高的结晶度,同时在碳化硅纳米线表面含有厚度约为2 nm的SiO_2包覆层。(4)敞口反应体系中碳化硅纳米线的制备。分别以聚二甲基硅氧烷和乙醇为液态硅源/碳源,金属硅粉为固态硅源组成Si-C-O-H反应体系,成功制备出6H-SiC纳米线,纳米线直径为几十到几百纳米不等,长度为几百微米。通过在乙醇与金属硅粉体系中引入0.05%质量分数的二茂铁作为催化剂,调整液态原料注射速度为1 mL/min,载气、保护气注射速度为200 mL/min,成功制备出高结晶度的3C-SiC纳米线,纳米线直径约为40 nm,长度为几毫米,同时在管式炉尾端可直接吹出长至30 cm的碳纳米管纤维。本课题针对Si-C-O反应体系和Si-C-O-H反应体系对碳化硅纳米线生长热力学进行分析,提出碳化硅纳米线气固反应生长机理,可为实现碳化硅纳米线的可控制备提供一定的理论指导。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O613.72;TB383.1

【参考文献】

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本文编号：1334351