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碳化硅纳米晶须的热蒸发法合成与表征
中文名称: 碳化硅纳米晶须的热蒸发法合成与表征
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论文编号: 3729332收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Synthesis and Characterization of Silicon Carbide Nano-whisker by Thermal Evaporation Method
学位类型: 硕士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 材料科学
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: SiC纳米晶须 阵列结构 热蒸发 孪晶纳米线生长机理 堆垛层错 碳化硅 纳米晶须
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论文简介:碳化硅(SiC)纳米晶须不仅维持SiC块体材料的宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子迁移率等特点,还由于小尺寸和低维效应,在光、电、热、磁及机械性能等方面展现奇特性质,在光电子材料、复合材料、传感器、催化剂等方面有潜在重要应用。具有有序阵列结构的SiC纳米晶须还可能成为新一代高分辨的显示材料和发光材料。对有阵列结构的一维SiC纳米晶须的制备、性能、生长机理及应用进行系统研究不论在科研还是实际应用方面都具有重要的意义。 与大量文献报道的制备方法相比,本文采用相对简便和成本低廉的热蒸发技术,采用不同的碳源和硅源在碳纤维和石墨基板上沉积生长了β-SiC(3C-SiC)纳米晶须及其阵列。应用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和能谱仪等测试手段研究了SiC纳米晶须的相组成、形貌和结构;应用拉曼光谱、光致发光光谱和场致电子发射等分析方法研究了SiC纳米线的光学和电学性能。在上述基础上,提出了热蒸发法生长SiC纳米晶须的反应机理,探索了SiC纳米晶须的微观结构与性能的关系。论文得到了一系列重要结论,取得了一些创新性成果,为SiC纳米晶须在纳米器件领域的实际应用打下了的基础。 研究结果表明,碳源及真空度的不同对SiC纳米晶须的形貌及阵列结构有重大影响:碳纤维基体上制得的SiC晶须具有针尖状的头部形貌,呈试管刷状阵列结构,而石墨片上合成的SiC晶须为取向不规则草坪状阵列,呈六棱柱状形貌;碳纤维上合成SiC晶须对真空度的要求较高,只在低真空下能制得大量产物,而石墨片上则在高和低真空下均能合成大量SiC晶须。在熔体熔化的前提下,生长温度对实验结果影响不大,温度的不同对晶须生长的快慢有所影响,进而体现在所制得的晶须的长短上有所不同。基于反应不同阶段所得到的SiC晶须的不同形貌,并结合其他实验现象分析了针尖状SiC纳米晶须的生长机理;基于六方棱柱状SiC纳米品须内部的周期性{111}孪晶结构,论文首次提出了孪晶纳米线的生长机理。 论文对以上两种碳源基体上制得的SiC纳米晶须进行室温下的光致发光(PL)和拉曼光谱实验。拉曼光谱分析表明SiC纳米晶须的拉曼曼峰位有向低波数偏移的现象,这种现象是由于其晶须内存在的堆垛层错所造成。光致发光谱显示,SiC纳米晶须的发光峰位较之β-SiC体单晶有明显的蓝移。SiC纳米晶须中堆垛层错导致的孪晶超晶格结构的量子限域效应是引起蓝移及发光峰分裂的主要原因。石墨片基底上获得的草坪状SiC纳米晶须阵列的场致电子发射实验表明SiC纳米线具有良好的电子发射性能、高的亮度和低的开启电压,其场发射开启电压是2.1V/μm。 本文还以钴硅合金为硅源,采用热蒸发法同时在石墨基板上和合金熔体表面生长了SiC纳米线。通过对比分析发现,一定温度下不同的金属硅化物的硅蒸气压不同导致了反应体系SiO过饱和度的不同,从而得到了不同形貌的SiC纳米线。硅合金熔体表面所得到的SiC纳米线/晶须可用固-液-固(SLS)和气-液-固(VLS)的联合生长模式来解释。
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