3C-SiC纳米线的制备与发光性能研究

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立方相碳化硅(3C-SiC)的力、热、光和电学性能非常优异,这使得它在高温、大功率、高压、高频等极端条件下的应用前景很广泛。3C-SiC纳米线具有许多优于体相材料或体相材料所没有的性能。本论文主要分两大部分,第一部分是3C-SiC纳米线的制备,研究不同原料和实验条件对产物的结构和形貌的影响,并研究了3C-SiC纳米线的生长机理,还对产物进行了光致发光性能研究;二是硅(Si)纳米晶颗粒的制备与其发光性质的研究。获得的主要结果如下:1.将Si粉末球磨减小尺寸,按照摩尔比1:4、1:2、1:1的与活性碳混合,在常压、氩气保护下1300℃加热4小时,在空气中除碳处理后,制备了3C-SiC纳米线。经观测,在Si、C比为1:2时所得到的样品为结构与形貌单一的3C-SiC纳米线,它们的长度在几十微米以上,直径为几十纳米。反应系统中残留在系统中的氧气在产物的成核与生成过程中起关键作用,其生长模式可以归因与氧辅助的气-固与气-气模式。样品的光致发光谱中,在416和439nm有两个明显的发光峰。2.将经过球磨的SiO粉末和活性碳粉末各分成两份,间隔放在对扣的氧化铝舟中,在大气压强、氩气保护下制备样品。经过观测发现,活性碳堆表面的产物为3C-SiC结构。其中在温度1250和1300℃下制得样品为3C-SiC纳米线,其长度为几十微米,它们的直径在100nm以下。更高温度1350℃制备的纳米线周围有很多颗粒状物体。3C-SiC纳米线的成核可归因于SiO气体和活性碳间的气—固反应,纳米线的生长与SiO蒸汽和CO气体间的反应有关。样品的光致发光谱中,在416和439nm处有两个明显的发光峰。3.通过用HNO3和HF的混合酸液腐蚀普通Si粉,经过超声空化作用,分别在苯、去离子水、无水乙醇中制备出Si纳米晶颗粒。Si纳米颗粒的平均粒径约为2nm左右,它们或单独存在,或包裹于非晶态物质中。在苯、水或者无水乙醇中,都检测到了明显的Si纳米晶颗粒的光致发光峰。随激发光波长的增加,这些发光峰的强度先增强,后减弱,发光峰位置单调红移。其光致发光现象与Si量子点的量子限制效应有关。在相同的激发光作用下,悬浮于苯中的Si纳米颗粒发光最强,而乙醇中样品发光最弱。
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