有机前驱体热解合成单晶Si₃N₄纳米带的研究

【作者】 谢志鹏； 杨为佑； 苗赫濯； 张立功； Linan An；

【Author】 Linan An;Advanced Materials Processing and Analysis Center,University of Central Florida;

【机构】 清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室； 中国科学院长春光学研究所； Advanced Materials Processing and Analysis Center,University of Central Florida；

【摘要】 采用一种新型的制备工艺合成了单晶Si₃N₄纳米带,表征了纳米带的形貌、物相和晶体结构,并对Si₃N₄纳米带的生长机制进行了探讨。用一种有机硅烷作为前驱体,在一定温度下进行将前驱体交联固化后,得到Si CN非晶态固体在引入Fe Cl₂作为催化剂后进行高能球磨粉碎,用N₂气作为保护气氛,在1350℃热解2小时,制备了单晶氮化硅纳米带。在沿着整个纳米带的生长方向上,纳米带的厚度和宽度非常均匀,平均宽度为400⁶00nm,厚度为20⁴0nm,长度可达几个mm。XRD的检测结果表明,纳米带为单一的α-Si₃N₄相。对纳米带的晶体结构进一步分析可知,纳米带为结构完整的单晶,没有观察到如位错、层错等晶体缺陷,纳米带的生长归于液-固-气-固（liquid-solid-gas-solid:LSGS）机制,生长方向为[100]和[101]。采用一种新型的制备工艺合成了单晶Si3N4纳米带,表征了纳米带的形貌、物相和晶体结构,并对Si₃N₄纳米带的生长机制进行了探讨。用一种有机硅烷作为前驱体,在一定温度下进行将前驱体交联固化后,得到Si CN非晶态固体在引入Fe Cl₂作为催化剂后进行高能球磨粉碎,用N₂气作为保护气氛,在1350℃热解2小时,制备了单晶氮化硅纳米带。在沿着整个纳米带的生长方向上,纳米带的厚度和宽度非常均匀,平均宽度为400⁶00nm,厚度为20⁴0nm,长度可达几个mm。XRD的检测结果表明,纳米带为单一的α-Si₃N₄相。对纳米带的晶体结构进一步分析可知,纳米带为结构完整的单晶,没有观察到如位错、层错等晶体缺陷,纳米带的生长归于液-固-气-固（liquid-solid-gas-solid:LSGS）机制,生长方向为[100]和[101]。通过调控有机前驱体的化学成分,采用这种工艺有望合成其他种类的低维纳米材料。更多还原