單晶氮化硅(α-Si3N4)納米線的制備
白文采納一種容易的熱蒸合議制備氮化硅納米線。樣品經(jīng)XRD、SEM、TEM和Raman綜合，后果表明制備的氮化硅納米線存在單晶α構(gòu)造，且存在勻稱(chēng)的直徑，能夠作為加強(qiáng)型復(fù)合資料寬泛的利用于納米器件的制備。1.前言
氮化硅作為低溫資料存在非凡的長(zhǎng)處。在低溫下仍維持高的機(jī)械強(qiáng)度，耐熱沖鋒陷陣和耐侵蝕，熱收縮系數(shù)小，化學(xué)穩(wěn)固性高，電絕緣性好及中級(jí)熱傳播性等優(yōu)質(zhì)性能。而且氮化硅是一種寬禁帶半超導(dǎo)體資料，禁帶幅度達(dá)5.3eV能夠經(jīng)過(guò)適當(dāng)摻雜引入雜質(zhì)能級(jí)普及半超導(dǎo)體性能，與Ⅲ-N復(fù)合物相相似可用來(lái)打造量子阱。一維氮化硅納米資料在機(jī)械、化學(xué)及低溫貫穿輻射條件下的微電子和光學(xué)上面存在寬泛利用前景，不值深刻鉆研。氮化硅的折射率比擬大，對(duì)光有較強(qiáng)的束縛作用從而存在較好的光導(dǎo)性。
眼前制備氮化硅納米資料的制備有多種步驟，如納米管限域法、基于氣-液-固(VLS)成長(zhǎng)機(jī)制的分解步驟、化學(xué)氣相內(nèi)涵、氣-固(VS)成長(zhǎng)法[5-10]等。白文中，咱們采納熱揮發(fā)合議制備氮化硅納米線，對(duì)其構(gòu)成機(jī)理繼續(xù)了初步鉆研。2.試驗(yàn)內(nèi)中
試驗(yàn)中采納低溫管式爐零碎，如圖1.1所示。以一氧化硅與骨炭粉末按1：1（品質(zhì)比）對(duì)比混合研磨，把研磨后的粉末勻稱(chēng)的置于陶瓷舟內(nèi)，運(yùn)用骯臟過(guò)的硅基底遮蓋在陶瓷舟上方。將陶瓷舟置于管式爐的加熱區(qū)（爐管中Ⅰ區(qū)）。翻開(kāi)氣路上所有的閥門(mén)，將彈道和爐管中的大氣排出。經(jīng)過(guò)流量表掌握氮?dú)獾牧髁繛?00sccm，設(shè)定加熱區(qū)的熱度為1300℃，加熱2時(shí)辰。產(chǎn)物在載氣的掩護(hù)下結(jié)冰到室溫，整個(gè)制備內(nèi)中在常壓下實(shí)現(xiàn)�；壹t色的樣品沉積在源舟內(nèi)壁上。
將產(chǎn)物經(jīng)SEM視察其形貌，運(yùn)用EDS綜合產(chǎn)物化學(xué)成份。用小刀輕刮樣品名義，將刮下來(lái)的物質(zhì)在無(wú)水乙醇中超聲疏散5秒鐘。將所得溶液滴在有碳膜的銅網(wǎng)上用TEM視察樣品的宏觀形貌和構(gòu)造。激起亮為Nd:YAG萊塞，激起跨度為1064nm的德國(guó)Bruker公司RFS100/S傅立葉拉曼光譜量具征產(chǎn)物的構(gòu)造性質(zhì)。3.試驗(yàn)后果與探討
圖2是一氧化硅與骨炭粉混合物常拔高溫（1300℃）熱揮發(fā)失去的樣品掃描電子顯微鏡照片。圖2a是制備產(chǎn)物的低倍掃描電子顯微鏡照片，由圖2a可視察到在源舟中失去了直徑在多少十納米-多少百納米之間的線，絕大全體直徑在散布在100納米左右，且該署線的長(zhǎng)短達(dá)成多少百絲米。圖2b是絕對(duì)應(yīng)海域的高倍掃描電子顯微鏡照片。由照片能夠看到，該署線狀構(gòu)造名義潤(rùn)滑無(wú)吸附顆粒，且直徑散布勻稱(chēng)。X射線能量疏散譜綜合線狀構(gòu)造由氮和硅兩種元素組成，如圖2b插圖所示。經(jīng)過(guò)劃算Si和N的原子團(tuán)含量別離為31%、69%，因而可判定所得的線狀物質(zhì)為氮化硅。
為了進(jìn)一步確定氮化硅納米線的物相組成，對(duì)樣品繼續(xù)了XRD綜合，綜合后果如圖3所示。通過(guò)標(biāo)定綜合可知，圖中所有的標(biāo)示為α-Si3N4的衍射峰均與規(guī)范圖譜（JCPDS，41-1408）統(tǒng)一，為六方構(gòu)造，晶格常數(shù)為a=7.739Å,c=5.6024Å。XRD圖譜也預(yù)示了，樣品的純度較高。
那末納米線直徑太粗，電子束無(wú)奈穿透，因而咱們選取了樣品中較細(xì)的線繼續(xù)了透射電子顯微鏡及選區(qū)電子衍射綜合的后果如圖4所示。圖4a是氮化硅納米線的低倍透射電子顯微鏡照片，從圖中可斷定出有一大批的氮化硅納米線生成，氮化硅納米線的直徑勻稱(chēng)散布在30納米，長(zhǎng)短達(dá)成多少絲米，且線的名義潤(rùn)滑無(wú)吸附的顆粒存在。X射線能量疏散譜綜合產(chǎn)物由氮、硅和銅三種元素形成，Cu來(lái)自銅網(wǎng)，如圖4a中插圖所示。圖4b是氮化硅納米線的高辯白透射電子顯微鏡照片和電子衍射譜，由HTREM和SAED可見(jiàn)氮化硅納米線為單晶納米線，結(jié)晶體構(gòu)造無(wú)比完全，簡(jiǎn)直看得見(jiàn)缺點(diǎn)的存在。氮化硅納米線晶面間距為0.66nm，對(duì)應(yīng)于α-Si3N4,左上角的插圖預(yù)示了氮化硅線的選區(qū)電子衍射花招，這證實(shí)分解的氮化硅納米線的結(jié)晶性能良好。
圖4制備的氮化硅納米線的TEM、HRTEM照片和電子衍射譜：（a）氮化硅納米線的低辯白TEM照片，插圖為樣品的EDS；（b）絕對(duì)應(yīng)海域的高辯白TEM照片，插圖是電子衍射譜.(c)Y形結(jié)氮化硅納米線的低辯白TEM照片，插圖為樣品的EDS；（d）絕對(duì)應(yīng)海域的高辯白TEM照片，插圖是電子衍射譜
圖4c是一個(gè)Y形結(jié)氮化硅微構(gòu)造的透射電子顯微鏡照片、電子衍射譜和高辯白透射電子顯微鏡照片。由圖4c可視察到一個(gè)Y形結(jié)氮化硅微構(gòu)造，該Y形結(jié)的直徑是30納米，且名義潤(rùn)滑無(wú)吸附顆粒。咱們還在透射電鏡中對(duì)樣品繼續(xù)了EDS表征，發(fā)現(xiàn)有Cu、Si和N三種元素，其中Cu來(lái)自銅網(wǎng)，硅與氮原子團(tuán)含量比瀕臨3:4，注明納米線的成份比擬純，如圖4c中插圖所示。圖4d是絕對(duì)應(yīng)海域的HRTEM照片，能夠模糊的看到晶格條紋。圖4d中插圖是絕對(duì)應(yīng)海域的選區(qū)電子衍射（SAED）花招，帶軸沿著[001]位置，(010)、(210)和(200)晶面被標(biāo)點(diǎn)，推斷出該鎮(zhèn)位處的成長(zhǎng)位置為[200]晶向。電子衍射（SAED）花招也表明Y形結(jié)氮化硅納米的晶相為單晶α-Si3N4晶相。
采納傅立葉拉曼光譜對(duì)制備的樣品繼續(xù)測(cè)量，能夠失掉樣品構(gòu)造的統(tǒng)計(jì)信息。圖5是制備樣品的拉曼光譜。咱們明晰的視察到在3186cm-1處有一個(gè)較寬的峰,沒(méi)有其余的峰涌現(xiàn)，表明制備的樣品純度很高。
制備熱度和氮?dú)獾牧髁渴菬釗]發(fā)合議制備氮化硅納米線兩個(gè)不足道成分。在源舟中擱置一氧化硅與骨炭粉末作為原資料時(shí)，當(dāng)熱度達(dá)成定然水平（1300℃）N2被活化，起到提供氮源的作用，在低溫下與原資料反響失去一大批的氮化硅蒸氣，該署蒸氣一直地沉積在陶瓷舟內(nèi)壁構(gòu)成納米線。而當(dāng)?shù)獨(dú)庑窟^(guò)大其余條件相反下失去一大批的彎絲，這是因?yàn)楫?dāng)氣旋量增大后，隨載氣帶來(lái)的N、Si原子團(tuán)添補(bǔ)，使成長(zhǎng)進(jìn)度過(guò)快招致失去粗的彎線。4.論斷
一氧化硅與骨炭按1：1（品質(zhì)比）對(duì)比混合研磨后的粉末作為反響物，在1300℃的制備熱度下熱揮發(fā)2時(shí)辰后做作結(jié)冰，且整個(gè)制備內(nèi)中中通入氮?dú)猓?00sccm）的載氣。在硅基底上失去灰紅色的產(chǎn)物，樣品經(jīng)SEM、TEM、HRTEM、EDS、RAMAN、XRD和SAED表征，后果發(fā)現(xiàn)：產(chǎn)物由一大批的超長(zhǎng)的氮化硅納米線形成，該署納米線的直徑散布在多少十-多少百納米之間，長(zhǎng)短達(dá)成多少百絲米，氮化硅納米線的成長(zhǎng)位置重要是沿著[200]位置成長(zhǎng)。XRD綜合發(fā)現(xiàn)該署納米線是一種單晶的α-Si3N4構(gòu)造，且純度較高。氮化硅納米線的制備重要受到制備熱度和載氣莫須有。一大批試驗(yàn)表明：采納一氧化硅與骨炭作為原資料，在制備熱度為1300℃下通入一大批的氮?dú)猓?00sccm）是利用熱揮發(fā)合議制備氮化硅納米線的較優(yōu)化的制備條件。利用熱揮發(fā)合議制備的氮化硅納米線，屬于VS成長(zhǎng)機(jī)理。
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