网状和卷曲状碳化硅纳米结构的制备及光致发光

编号：NMJS03570

篇名：网状和卷曲状碳化硅纳米结构的制备及光致发光

作者：王峰； 任淑华； 秦晓芳； 杨丽霞； 蒙延峰； 明永飞；

关键词：碳化硅； 纳米材料； 碳热还原反应； 光致发光； 卷曲； 硅纳米结构； 硅纳米线； 网状； 形貌； 制备方法；

机构： 鲁东大学化学与材料科学学院； 鲁东大学生命科学学院；

摘要： 碳化硅是一种宽带隙(2.3～3.3 eV)的半导体材料,具有良好的化学稳定性和导热性,同时它也具有优异的机械性能,如高强度、高硬度、耐摩擦等.因此,碳化硅纳米材料在功能陶瓷、光电工业、高温半导体工业、纳米复合材料、光催化领域具有广泛的应用.到目前为止,人们利用各种方法,如化学气相沉积、燃烧合成、热蒸发法、聚合物热分解法、碳热还原反应等来制备不同形貌的碳化硅纳米材料.在这些方法中,碳热还原二氧化硅反应是一种常用的制备方法,而且碳源、添加剂、反应温度等因素对碳热还原产物的形貌和结构有很大的影响.本文采用溶胶-凝胶法和碳热还原反应来制备碳化硅纳米材料.首先,称取一定量酚醛树脂和硝酸镁溶于无水乙醇中,然后加入正硅酸乙酯和一定浓度的草酸溶液,使之形成碳硅溶胶;24 h后,加入一定浓度的六次亚甲基四胺溶液,使溶胶凝固形成凝胶;凝胶干燥以后,在高温管式炉中在高纯氩气保护下于1300℃下碳热还原6 h,冷却到室温后,可获得大量的白色絮状产物.利用X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等手段,对所得的白色絮状产物的组成和形貌进行了表征.XRD和FTIR结果表明,所得的白色絮状产物主要为β-SiC和少量的无定形SiO2.SEM表征显示,白色絮状产物主要有网状碳化硅纳米结构和卷曲状碳化硅纳米线构成.网状的碳化硅纳米材料具有藕状的多孔结构,孔的直径在500～1000 nm之间;卷曲状碳化硅纳米线具有光滑的表面,纳米线的直径在300～500 nm之间,长度达几百微米,纳米线卷曲的部分具有圆弧形结构,这和孔结构是一致的.这表明在制备过程中生成的碳化硅纳米线卷曲成孔,而孔之间相互连接形成网状的纳米结构.光致发光(PL)光谱显示,网状和卷曲状碳化硅纳米材料在486,494和503 nm处具有明显的发光峰,这表明网状和卷曲状碳化硅纳米材料具有很好的光学性能.