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基本信息

項(xiàng)目名稱：
納米碳化硅單晶體的制備
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
創(chuàng)新點(diǎn)：（1）采用自制設(shè)備，為碳化硅單晶體的大規(guī)模生產(chǎn)提供了設(shè)備發(fā)展思路，利于產(chǎn)業(yè)化商業(yè)生產(chǎn)。（2）一步法。省去了連續(xù)生產(chǎn)過程中的附加成本以及產(chǎn)物提純過程，為產(chǎn)品商業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。 （3）純度高。制備的碳化硅單晶體為3C-SiC（β-SiC）純度高、結(jié)晶性好。
詳細(xì)介紹：
碳化硅具有優(yōu)秀的物理、化學(xué)性質(zhì)，如： 1、硬度、耐磨性：SiC的高硬度的晶體可以切割紅寶石。SiC的莫氏硬度為9.2-9.3，克氏硬度為3000 kg/mm2，很高的耐磨性。 2、熱穩(wěn)定性和高熱導(dǎo)性：SiC的熱導(dǎo)率超過了金屬銅，大約是Si的三倍，因此SiC器件所產(chǎn)生的熱量可以很快驅(qū)散，這對(duì)于大功率器件非常重要。SiC的熱穩(wěn)定性很高，在常壓下不可能熔化SiC，在高溫下，SiC升華并分解為碳和含硅的SiC蒸汽。 3、化學(xué)穩(wěn)定性：SiC的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，耐腐蝕性極強(qiáng)，室溫下常規(guī)腐蝕劑很難對(duì)其腐蝕。 4、優(yōu)秀的電學(xué)性能：碳化硅材料的禁帶寬度大約是硅的三倍。飽和漂移速度大，相當(dāng)于硅的2.5倍，臨界擊穿電場(chǎng)更高，將近高于硅一個(gè)數(shù)量級(jí)。但是目前制備SiC納米材料方法中主要存在以下缺點(diǎn)：產(chǎn)量低、有金屬催化劑顆粒的污染、成本高、合成時(shí)間長(zhǎng)等。因此，簡(jiǎn)單、批量和成本低廉制備SiC納米材料的方法對(duì)于其能否走向大規(guī)模應(yīng)用具有重要的意義。本作品采用自制氫電弧設(shè)備，以碳硅棒為原料，制備了優(yōu)質(zhì)的3C-SiC（β-SiC），既可以作為涂層材料、復(fù)合材料改性添加劑，也是一種良好的半導(dǎo)體原料，應(yīng)用前景廣闊。主要有以下創(chuàng)新點(diǎn)：（1）采用自制設(shè)備，為碳化硅單晶體的大規(guī)模生產(chǎn)提供了設(shè)備發(fā)展思路，利于產(chǎn)業(yè)化商業(yè)生產(chǎn)。（2）一步法。省去了連續(xù)生產(chǎn)過程中的附加成本以及產(chǎn)物提純過程，為產(chǎn)品商業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。 （3）純度高。制備的碳化硅單晶體為3C-SiC（β-SiC）純度高、結(jié)晶性好。

作品圖片

  • 納米碳化硅單晶體的制備
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

半導(dǎo)體材料與生活息息相關(guān)，碳化硅作為第三代先進(jìn)半導(dǎo)體材料，具有非常優(yōu)異的物理、化學(xué)性質(zhì)。作為改性粉體以及材料添加劑，碳化硅納米晶體的制備既是基礎(chǔ)，也是最關(guān)鍵的決定性因素。碳化硅的制備方法主要有升華法和外延生長(zhǎng)法。雖然現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)，但存在著生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)口化，工藝復(fù)雜，后處理程序繁冗、產(chǎn)物不純凈的缺點(diǎn)本課題創(chuàng)新點(diǎn)在于：（1）采用自制設(shè)備，為碳化硅單晶體的大規(guī)模生產(chǎn)提供了設(shè)備發(fā)展思路，利于產(chǎn)業(yè)化商業(yè)生產(chǎn)。（2）一步法。省去了連續(xù)生產(chǎn)過程中的附加成本以及產(chǎn)物提純過程，為產(chǎn)品商業(yè)化生產(chǎn)提供了可能。（3）純度高。制備的碳化硅單晶體為3C-SiC（β-SiC）純度高、結(jié)晶性好，

科學(xué)性、先進(jìn)性

對(duì)于碳化硅單晶體的研究，已經(jīng)有多年的歷史，很多學(xué)者也提出了一些成功的制備方案。G.C. Xi、Z.J Li、R.B Wu、G.Z. Yang等通過多種方法，在實(shí)驗(yàn)室中制備了一維生長(zhǎng)的碳化硅單晶體。但這些研究存在著以下幾個(gè)問題：產(chǎn)量低、工藝復(fù)雜、產(chǎn)物有雜質(zhì)等。本課題的提出，解決了工藝復(fù)雜和有雜質(zhì)的問題，為工業(yè)生產(chǎn)提出了新的契機(jī)。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

專利權(quán)轉(zhuǎn)讓

作品可展示的形式

圖片、樣品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

碳化硅具有高的遷移率、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，在高頻、大功率、耐高溫、抗輻射等電子器件方面有著巨大的應(yīng)用潛力。同時(shí)，碳化硅在陶瓷、高分子復(fù)合材料中可以作為添加劑，把碳化硅粉末涂布于水輪機(jī)葉輪或汽缸體的內(nèi)壁，可提高其耐磨性而延長(zhǎng)使用壽命1～2倍；用以制成的高級(jí)耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強(qiáng)度高,節(jié)能效果好。碳化硅在新能源、新材料領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景，并顯示出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 此作品利用氫電弧設(shè)備，簡(jiǎn)單的工藝流程，制備了優(yōu)質(zhì)的3C-SiC（β-SiC），既可以作為涂層材料、復(fù)合材料改性添加劑，也是一種良好的半導(dǎo)體原料，應(yīng)用前景廣闊。

同類課題研究水平概述

G.C. Xi (J Phys Chem B, 2004, 108: 20102)等以四氯化碳、乙醇、和鋰粉為原料，600 °C下反應(yīng)10h，并通過硫酸和氫氟酸的去雜過程，在高壓釜中制備了一維生長(zhǎng)的碳化硅單晶體；J.J. Niu (J Phys Chem B, 2007, 111: 4368)等在硅片上沉積碳和ZnS的反應(yīng)，在1100°C 制備了單晶的碳化硅納米線陣列；Z.J Li (J Phys Chem B, 2006, 110: 22382)等以硅粉和二氧化硅粉、丙烯為原料，通過球磨的方法，以陽(yáng)極氧化鋁為模板，在煅燒去模板后制備了一維生長(zhǎng)的碳化硅單晶體；R.B Wu (Crystal Growth & Design, 2009, 9: 100)等以鎳硅合金、硅粉和石墨為原料，通過球磨、煅燒過程，制備了以一維納米線團(tuán)簇組成的球狀碳化硅；G.Z. Yang (J Phys Chem C, 2009, 113: 15969)等以煤粉、n型硅為原料，通過燒結(jié)制備了一維生長(zhǎng)的碳化硅單晶體。A.M. Kueck (Nano Lett, 2008, 8: 2935)用高分辨透射電鏡和原子力顯微鏡研究了稀土元素?fù)诫s碳化硅的機(jī)械性能以及硬度。Y.J. Yang (J Phys Chem B, 2008, 112: 20126)用n型硅為硅源，乙醇為碳源，并通過后處理，得到了一維生長(zhǎng)的碳化硅納米線。
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