溶剂热法制备一系列碳化硅纳米材料的研究

金 鑫

(西安文理学院 化学与化学工程学院，陕西 西安710065)

0 前言

通过研究发现，碳化硅的电子性能和物化性能比较优异，可以耐腐蚀和高温，并且有着较好的导热性和较高的机械强度，有着良好的生物相容性，因此被广泛应用到诸多个领域中，如微电子学、光电子学、机械工业等等。很多人认为，微电子工业领域的硅可以被碳化硅所替代，相关计算表明，碳化硅纳米材料的尺寸和表面会直接影响到它的电子性质。

具体来讲，有大量的同质异构体是碳化硅晶体结构最为显著的特征，这是因为沿着C轴，SI-C有着不同的堆垛次序。目前，有很多的物理方法和化学方法都可以来制备碳化硅纳米材料，如激光熔融、电弧放电、化学气相沉积以及水热/溶剂热等。通过研究发现，传统的方法需要在较高的温度下方可以对碳化硅纳米材料进行有效的制备，这样就无法有效的调控目标产物的形貌和尺寸。针对这种情况，本文提出了溶剂热法。

1 溶剂热法合成一维碳化硅纳米材料

在对分子电子器件进行构建时，可以利用一维碳化硅纳米材料来进行，如纳米线、纳米等，因此人们对其产生足够的重视。碳化硅纳米线在力学性能和导电性能方面比较的优异，那么在严酷条件下，就可以将其作为纳米电导体。另外，碳化硅纳米线在场发射性能以及生物相容性方面比较的优良，因此就可以被广泛应用到储氢、光催化以及传感等诸多领域内。美国哈佛大学的相关专家在上个世纪九十年代就开始了研究如何合成碳化硅纳米棒，通过反应SI的氧化物或卤化物，这些物质具有挥发性，会形成中间体，那么就作为硅源而存在，在一定温度下，就可以用碳化硅纳米棒来替代碳纳米管。将溶剂热技术给应用过来，就可以将一维碳化硅纳米材料给有效合成。

还有专家对硅油进行高温裂解，得出来了长度1.5υm的纳米棒，在储氢性能方面比较的优越，在600摄氏度的环境下，通过镁带来还原四氯化硅和2-乙氧基乙醇，经过1个小时的反应，可以得出一个截面为近矩形的纳米棒阵列，这个纳米棒阵列有着十分光滑的表面。要想促使得到得到纳米椎阵列有着尖锐的顶端，那么就可以对反应物浓度进行适当降低，它的顶端直径较小；在这个反应过程中，镁带发挥了重要的作用，镁颗粒还可以发挥催化作用，来促使一维碳化硅纳米材料被有效的生成。另外，通过研究发现，这些生成的纳米棒和纳米锥阵列在场发射性能方面比较的优越，因此就可以被应用到半导体器件领域中。那么在高压反应釜内应用溶剂热技术，在400摄氏度的环境中，促使四氯化硅、四氯化碳以及金属钠共同反应，就可以促使纳米棒有效合成。经过试验表明，可以制得2.5nm直径的纳米棒，长度以微米计算，实验发现，纳米棒严格遵循金属钠催化的气液固生长机制来生长。同时，有专家在相同的温度下，将金属钾为还原剂，同归哦四氧化硅和四氧化碳的作用，可以将单晶纳米棒给制备出来。

为了更好用溶剂热条件来生成碳化硅纳米线，还对很多的反应体系进行了发展。比如，当环境温度为700摄氏度，那么将硅源作为硅粉，通过和四氯化碳和金属钠共同反应，可以生成纳米线，它的直径为20nm左右，通过研究发现，有一处强烈的发射峰存在于其中。在还原剂方面，采用金属钠，在原料方面采用四氯化硅和六氯苯，要想获得碳化硅纳米线，就可以在700摄氏度的环境中制备。

2 溶剂热法合成其它形貌碳化硅纳米材料

通过研究发现，应用溶剂热法，不仅可以进行一维碳化硅纳米材料的制备，还可以制备其它新型碳化硅纳米材料，如纳米晶、二维纳米片等等，这样溶剂热法的应用范围就得到了大大的扩展。

在碳源方面我们选用活性炭，在600摄氏度的环境温度下，和四氯化硅以及金属钠共同反应，就可以进行高结晶球状纳米晶的制备，纳米晶的直径在25nm左右，可以用还原碳化路径来归纳它的生长过程，也就是通过反应，将活性硅颗粒给还原出来，然后在活性炭的作用下，来促使活性硅纳米晶给生成出来。在600摄氏度的环境条件下，硅化镁和过量四氯化碳也可以发生反应，将纳米颗粒给制备出来，它的直径为30nm到80nm之间，同时，还有一些纳米线和纳米棒存在于其中。

在2004年，成功剥离了石墨烯材料，人们开始关注二维晶体材料，并且之后又合成了其他的二维材料，目前开始广泛使用化学法，因为它有着较强的可控性。将溶剂热技术给利用起来，将过量四氯化硅和碳化钙加入到高压反应釜中，控制反应温度为180摄氏度左右，那么就可以合成2H-SIC纳米片，它有着15nm左右的厚度，有着500nm左右的尺寸。通过研究发现，这些生成的纳米片容易团聚，成为类球形；在这个反应过程中，加入的四氯氧化硅原料除了作为反应物存在之外，还将溶剂的作用给充分发挥出来，这样就会有较大的自生压力存在于反应釜内，促使结晶性碳化硅在低温的条件下就被得出来。

近些年来，在药物输送以及储氢和催化剂载体等方面开始应用碳化硅空心球，因此受到了越来越多人的关注。在上文叙述中，我们介绍了一种碳化硅纳米线的制备反应体系，也就是四氯化硅、六氯苯、金属钠，在600摄氏度的反应温度下，就可以促使纳米空心球制备出来。另外，在还原剂方面，采用的是Na-K合金，在原料方面采用四氯化硅和三溴甲烷，控制反应温度为130摄氏度，那么就可以将纳米空心球给制备出来。通过研究发现，制备出来的纳米空心球的直径在85nm到125nm之间，并且有着十分粗糙的表面，那么我们就可以得知其聚集了很多的颗粒。

3 结语

通过上文的叙述分析我们可以得知，碳化硅纳米材料目前在诸多个领域内得到了十分广泛的应用；传统的碳化硅纳米材料因为需要在较高的温度下进行，那么就无法有效的调控其形貌和特性，针对这种情况，就可以将溶剂热法给利用起来，来对纳米线、纳米带、纳米棒以及空心球等进行合成。但是我们需要充分注意的是，目前在溶剂热法的应用过程中，还存在着一系列的问题需要解决，相关人员需要不断研究和努力，利用溶剂热法来更好的制备碳化硅材料。

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