本文關(guān)鍵詞：石英高溫還原氮化制備氮化硅納米帶及其性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氮化硅材料具有優(yōu)異的理化性能,已被廣泛應(yīng)用于金屬冶煉、航空航天、切削加工等領(lǐng)域。同時作為一種半導(dǎo)體材料,較寬的禁帶寬度使其成為進(jìn)行摻雜調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)的良好基質(zhì)材料。一維納米材料因其獨(dú)特的形貌、優(yōu)異的性能和在微納光電器件領(lǐng)域的應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。因此,具有一維納米形貌并實(shí)現(xiàn)發(fā)光性能調(diào)控的氮化硅材料是一種可以應(yīng)用于高溫、輻射、強(qiáng)震動等惡劣條件下微納光電器件的潛在理想材料。本文以此為背景,將超細(xì)石英粉和石墨進(jìn)行高溫碳熱還原氮化反應(yīng),在石墨紙表面制備得到氮化硅納米帶材料。當(dāng)溫度為1550℃,保溫3 h,氮?dú)饬魉贋? L/min,石墨紙表面有硝酸鐵時,石墨紙表面得到大量結(jié)晶良好的α氮化硅納米帶,長度為4-5 mm,厚度約為60 nm,生長方向?yàn)閇101],分析其生長機(jī)理為底部VLS和頂部VS機(jī)理。利用原子力顯微鏡得到氮化硅納米帶的微區(qū)楊氏模量分布圖,其楊氏模量平均值約為103 GPa。對氮化硅納米帶常溫條件下光致發(fā)光性能進(jìn)行測試,當(dāng)利用365 nm的紫外光激發(fā)時,氮化硅納米帶在413 nm,437 nm和462 nm處有明顯的發(fā)光峰,其發(fā)光機(jī)理為氮化硅中的缺陷能級發(fā)光。以超細(xì)石英粉、硅粉和鋁粉為原料,氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行高溫硅熱還原氮化反應(yīng),在石墨紙表面制備得到Al摻雜氮化硅帶納米材料。反應(yīng)溫度和氣體的濃度與納米帶產(chǎn)量和寬度有直接關(guān)系。當(dāng)溫度為1500℃,保溫3 h,氮?dú)饬魉贋? L/min,不使用催化劑時,石墨紙上產(chǎn)物為結(jié)晶良好的Al摻雜β氮化硅納米帶,最長約為6.9 mm,寬度約為2 um,厚度約為70 nm,生長方向?yàn)閇100],生長機(jī)理為VS機(jī)理。原子力顯微鏡下測試得到Al摻雜氮化硅納米帶的微區(qū)楊氏模量分布圖,其楊氏模量平均值約為72 GPa。該納米帶對波長為300-400 nm光有明顯吸收,摻雜元素在導(dǎo)帶和價(jià)帶之間引入2.12 eV和3.10 eV兩個中間能級。當(dāng)受到365 nm的紫外光激發(fā)時在418 nm、439 nm和468 nm處的發(fā)光峰與摻雜前對應(yīng)且發(fā)生輕微紅移,其發(fā)光機(jī)理為氮化硅缺陷能級發(fā)光;400 nm和580 nm處發(fā)射峰為Al元素?fù)诫s引入的中間能級導(dǎo)致。本論文研究為石英的高質(zhì)化利用提供一條重要技術(shù)路徑,高溫碳熱和硅熱還原反應(yīng)氮化的研究為氮化硅納米帶低成本制備奠定理論基礎(chǔ),此外,Al摻雜氮化硅納米帶在紫光和黃光波長范圍光致發(fā)光性能的調(diào)控,期望能夠進(jìn)一步拓展其在固體發(fā)光領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。
【關(guān)鍵詞】：石英 氮化硅納米帶 摻雜 力學(xué)性能 光學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 氮化硅的研究進(jìn)展11-14
• 1.2.1 氮化硅的晶體結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 氮化硅粉體的制備方法12-13
• 1.2.3 氮化硅材料的性質(zhì)及應(yīng)用13-14
• 1.3 一維納米材料的研究進(jìn)展14-18
• 1.3.1 一維納米材料合成機(jī)理15-16
• 1.3.2 一維納米材料的研究體系16-17
• 1.3.3 一維納米材料的研究熱點(diǎn)17-18
• 1.4 氮化硅一維納米材料的研究進(jìn)展18-23
• 1.4.1 氮化硅一維納米材料的合成18-20
• 1.4.2 氮化硅一維納米材料的摻雜20-21
• 1.4.3 氮化硅一維納米材料的性能21-23
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容及意義23-24
• 第二章 氮化硅納米帶材料的制備與表征24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 氮化硅納米帶材料的制備24-25
• 2.3 反應(yīng)條件對合成產(chǎn)物的影響25-29
• 2.3.1 反應(yīng)溫度對產(chǎn)物形貌的影響25-26
• 2.3.2 氮?dú)饬魉賹Ξa(chǎn)物物相的影響26-28
• 2.3.3 硝酸鐵催化劑對產(chǎn)物產(chǎn)量的影響28-29
• 2.4 氮化硅納米帶的分析表征29-34
• 2.4.1 氮化硅納米帶物相組成分析30
• 2.4.2 氮化硅納米帶顯微形貌特征30-31
• 2.4.3 氮化硅納米帶晶體結(jié)構(gòu)分析31-34
• 2.5 氮化硅納米帶生長機(jī)理分析34-37
• 2.6 小結(jié)37-38
• 第三章 氮化硅納米帶材料的性能研究38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 氮化硅納米帶材料的力學(xué)性能研究38-44
• 3.2.1 一維納米材料力學(xué)性能測試方法38-40
• 3.2.2 原子力顯微鏡下氮化硅納米帶的楊氏模量研究40-44
• 3.3 氮化硅納米帶材料的光學(xué)性能研究44-47
• 3.3.1 紫外可見光吸收性能研究44-45
• 3.3.2 光致發(fā)光性能研究45-47
• 3.4 小結(jié)47-48
• 第四章 鋁摻雜氮化硅納米帶材料的制備及表征48-63
• 4.1 引言48
• 4.2 鋁摻雜氮化硅納米帶材料的制備48-50
• 4.3 生長點(diǎn)位置對鋁摻雜氮化硅納米帶形貌的影響50-53
• 4.4 反應(yīng)溫度對鋁摻雜氮化硅納米帶形貌的影響53
• 4.5 鋁摻雜氮化硅納米帶的分析表征53-59
• 4.5.1 鋁摻雜氮化硅納米帶物相組成分析53-55
• 4.5.2 鋁摻雜氮化硅納米帶顯微形貌特征55-56
• 4.5.3 鋁摻雜氮化硅納米帶晶體結(jié)構(gòu)分析56-58
• 4.5.4 鋁摻雜氮化硅納米帶元素價(jià)態(tài)分析58-59
• 4.6 鋁摻雜氮化硅納米帶生長過程及機(jī)理分析59-62
• 4.7 小結(jié)62-63
• 第五章 鋁摻雜氮化硅納米帶材料的性能研究63-69
• 5.1 引言63
• 5.2 鋁摻雜氮化硅納米帶材料的力學(xué)性能研究63-66
• 5.3 鋁摻雜氮化硅納米帶材料的光學(xué)性能研究66-68
• 5.3.1 紫外可見光吸收性能研究66-67
• 5.3.2 光致發(fā)光性能研究67-68
• 5.4 小結(jié)68-69
• 第六章 結(jié)論69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 附錄75-76

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本文編號：482247