铝熔体定向氮化过程中气液固传输机理探讨

根据纯铝锭定向氮化生长显微结构特征,构造出气液固传质模型,并建立了反应速率与各传质阻力的方程关系式。研究表明:控制铝熔体氮化速率的主要阻力来自于氮气在熔体表面的化学吸附过程。而氮化反应的不断进行,导致业已形成的AlN晶柱内部或晶柱之间的毛细管半径变小,降低了渗透速率,最终导致通过毛细管力传输到反应前沿的铝熔体消耗殆尽,反应中止。

碟状氧化锌气相生长及机理的研究

采用气相沉积法制备了碟状的氧化锌,并基于自催化的气-液-固机理及气-固机理结合温度及过饱和度等生长因素对碟状氧化锌的生长机理进行了研究,结果表明,较高的生长温度及适中的过饱和度被归结为碟状氧化锌形成的原因。

氧气辅助法制备氮化硼纳米管

将无定形硼粉于流动氨气(50 mL/min)和不同氧气流量(10、15、20、40 mL/min)的混合气氛下高温(1300℃)处理后,在不锈钢基片上收集到白色棉花状产物。研究结果表明,微量的氧气可将硼粉氧化成气态的B2O2中间体,为BN纳米管的生长提供活性较高的硼源。当氧气流量适中时,所得纳米管的平均直径为80 nm,长度可达几百微米。氧气流量对BN纳米管的直径和产量影响较大,纳米管直径随着氧气流量的增大而增大,产量则出现先升高后降低的趋势。氮化硼纳米管的生长机理属于气–液–固模型。

化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展

SiC纳米线具有优良的物理、化学、电学和光学等性能,在光电器件、光催化降解、能量存储和结构陶瓷等方面得到广泛应用。其制备方法多种多样,其中化学气相沉积法(CVD)制备SiC纳米线因具有工艺简单、组成可控和重复性好等优点而备受关注。近年来,在化学气相沉积法制备SiC纳米线以及调控其显微结构方面取得了较多成果。采用Si粉、石墨粉和树脂粉等低成本原料以及流化床等先进设备,通过化学气相沉积法制备出线状、链珠状、竹节状、螺旋状以及核壳结构等不同尺度、形貌各异的SiC纳米线,并且有的SiC纳米线具有优良的发光性能、场发射性能和吸波性能等,为制备新型结构和形貌的SiC纳米线及开发新功能性的SiC纳米器件提供了重要参考。目前,未添加催化剂时,利用气相沉积法制备的SiC纳米线虽然纯度较高,但存在产物形貌、尺度和结晶方向等可控性差,制备温度较高和产率相对较低的问题。而添加催化剂、熔盐以及氧化物辅助可明显降低SiC纳米线的制备温度,提高反应速率以及产率,但易在SiC纳米线中引入杂质。将来应在提高SiC纳米线的纯度、去除杂质方面开展深入研究;还应注重低成本、规模化制备SiC纳米线的研究,采用相应措施调控SiC纳米线的显微结构,以拓宽SiC纳米线的应用领域。本文综述了目前国内外采用化学气相沉积制备SiC纳米线的方法,分析总结了无催化剂、催化剂、熔盐以及氧化物辅助等各种制备方法的优缺点,并对未来的研究进行展望,期望为SiC纳米线的低成本、规模化制备和应用提供理论依据。

GaN纳米棒的合成与表征

利用化学气相沉淀法（CVD）以Ga2O3和NH3为原料在沉积有乙酸镍的硅衬底上合成出了GaN纳米棒,纳米棒直径在50-200nm，长度在2-10μm，表面比较光滑,利用场发射扫描电镜（FESEM），X射线衍射仪（XRD），能量散射谱（EDS）对样品进行了成分和结构分析，表明GaN纳米棒是单晶的纤锌矿结构，同时对其生长机理进行了探讨。

在硅衬底上制备Si纳米线及其表征

采用以硅衬底为硅源的简单方法,在蘸有一层催化剂(0.05MFeCl2.6H2O)薄膜的硅基片上直接制备了大量的单晶Si纳米线。用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)分别观察了硅纳米线的形貌及单根Si纳米线的显微结构。试验结果表明:随着温度的升高,纳米线的直径增大;催化剂是Si纳米线生成的重要因素,没有沉积催化剂的硅基片上不会有硅纳米线的生成,且该硅纳米线的生长机理为典型的气-液-固模式。

ZnO纳米线的自催化生长、微结构和荧光特性

采用高温碳还原ZnO粉末获得了大量直径约为40 nm的ZnO纳米线.通过X射线衍射、光电子能谱、扫描电镜、透射电镜对其微结构特征进行了深入的研究.结果表明ZnO纳米线的生长机理不同于传统的气-固(Vapor-Solid,VS)生长模式,是典型的自催化气-液-固(Vapor-Liquid-Solid,VLS)生长模式,且反应过程中最初形成的液态纳米颗粒在ZnO纳米线的生长过程中起催化剂作用.荧光光谱表明ZnO纳米线中氧空位缺陷密度大,因而具有强可见光发射.

氮化硅纳米线制备过程中反应条件的影响

采用X射线衍射和扫描电子显微镜技术,考察了溶胶-凝胶法制备氮化硅纳米线过程中反应条件(添加剂种类和含量、反应时间以及反应温度)对碳热还原产物组成和形貌的影响.结果表明,碳化后铁含量为5%(w)的凝胶,在1300℃下反应10h,Si3N4纳米线产率较高.添加剂的种类和含量不同,所得产物的组成和形貌也不相同.随着反应温度的升高或反应时间的延长,产物经历了一个从SiOx到Si2N2O再到Si3N4的转变过程.在有金属组分存在时,Si3N4纳米线由气-液-固过程形成.

VLS同质外延6H-SiC薄膜生长的研究

碳化硅(SiC)是第三代宽禁带半导体材料,在高温、高频、高功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用潜力。以CH4、SiH4为反应气体,H2为载气,采用化学气相沉积法,利用气-液-固(VLS)生长机理,同质外延6H-SiC薄膜。结果表明,VLS机制能在外延薄膜的表面有效地封闭微管,但是由于n(C)/n(Si)较大,薄膜表面存在大量的台阶。为了进一步改善薄膜表面形貌,采用"两步法"工艺外延SiC薄膜,在封闭微管的同时提高了表面平整度,得到了质量较好的6H-SiC外延薄膜。

稻壳制备碳化硅晶须

通过稻壳先炭化再高温合成两步法制备出碳化硅晶须,考察温度、催化剂、合成气氛和时间对碳化硅晶须形成的影响。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射对合成的碳化硅晶须进行表征,分析碳化硅晶须形成机理。结果表明:SiC晶须的形成温度不低于1 200℃,在合适的温度范围内,温度越高,SiC晶须的产量越高;1 400℃为适宜的加热温度。在真空条件下无碳化硅晶须生成,通Ar保护和加入催化剂能促进碳化硅晶须的形成和长大。控制时间在2h左右,随着合成时间的延长,碳化硅晶须量增加。碳化硅晶须为竹节状直晶、光滑直晶和弯晶,其中直晶居多,组成为β-SiC。由稻壳制备碳化硅晶须的形成机理制为在催化剂作用下的气-液-固和气-固机理。