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3C-SiC碳化硅納米材料的制備方法

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立方相碳化硅(3C-SiC)具有許多優異的力、熱、光和電學性能，這使它在高溫、大功率、高壓、高頻等極端條件下的應用前景廣闊。納米3C-SiC具有更多體相所沒有的性能，如藍光發射和場發射性能、光催化、氫存儲、高彈性模量等，已成為當前半導體納米材料研究的熱點之一。

對于如何制備簡單、廉價，高產量地3C-SiC量子點、納米球和一維納米材料的方法，研究它們的結構與性能。可采取如下方法進行制備研究：

1、以顆粒尺寸在微米量級3C-SiC粉末為原料，通過科研的氫氟酸與硝酸化學腐蝕、超聲振蕩，在乙醇中可制備出大量3C-SiC納米小顆粒。這些納米顆粒的直徑在1.5到6.5 nm之間，呈現中心對稱分布，最可幾分布(最可幾分布一般指最概然分布)直徑為3.6 nm。其中小顆粒的形成過程如下：化學腐蝕使原始大顆粒表面形成一些多孔或溝壑狀的網狀結構，超聲振蕩使這些網狀結構粉碎，形成量子點并脫落在乙醇中。在Xe燈照射下，3C-SiC-乙醇溶液表現出強烈、穩定的光致發光效應，當激發波長從260 nm增加到480 nm時，發光峰位從420 nm紅移至512 nm。分析與計算結果表明，其發光來源于量子限制效應造成的3C-SiC小顆粒中光激發載流子的帶帶復合。

2、將硅片蓋在裝有硫化鋅(ZnS)和活性碳混合粉末的坩鍋上，在常壓環境、氬氣保護下，1150℃加熱4小時，在硅片下表面得到大量的3C-SiC納米球。這些納米球表面光滑，直徑在20至430 nm之間。硅片上表面的生成物是3C-SiC納米線。在ZnS粉末的輔助作用下，硅片上可生成的較高活性的Si及其氧化物SiOx，而管道中殘存的氧氣和活性碳粉生成CO氣體，Si、SiOx和CO氣體間發生碳熱還原反應，生成3C-SiC納米材料，其生長機制可歸為氣-固模式。

3、用一種簡單安全的方法，以活性碳、Si和ZnS粉末為原料，可制備大量的3C-SiC納米線。這些納米線的直徑為8-60納米，長度為幾微米。有一些納米線的彎曲處，存在非晶區域，其中包裹有直徑為幾納米、晶化完全的小晶粒。3C-SiC納米線的成核與生長原因可歸于一種在氧與硫輔助下的氣-固反應模式。尤其在波長為375 nm的紫外光激發下，3C-SiC納米線在去離子水中的懸浮液在548 nm處有一發光峰，這與納米線的非晶氧化硅殼層有關。該非晶殼層被去除后，原位于548 nm處的發光峰消失。新出現的發光峰，隨激發波長從300 nm增加到375nm，從417 nm紅移至484 nm處，這種可調的紫-藍發光來源于納米線彎曲處小顆粒的量子限制效應。　

4、將Si粉球磨減小尺寸后，與活性碳粉混合，在常壓下1250℃加熱4小時，制備了針狀與Y形的3C-SiC納米須。同樣的條件下，用未球磨過的Si粉，生成物是直徑、表面光滑程度都不同的3C-SiC納米棒和納米竹節結構，并伴有一定量的未反應完的Si顆粒。反應系統中殘留的氧氣在3C-SiC成核與生成過程起關鍵作用。當反應被觸發后，3C-SiC納米結構的生長可以不再需要消耗氧氣而繼續進行，其生長原因可歸于氧輔助下的氣-固生長模式。輔以球磨減小反應物Si顆粒的尺寸，這是一種簡單、有效地可以制備大量的3C-SiC一維納米材料的方法。