中國(guó)粉體網(wǎng)訊  氮化硅具有高強(qiáng)度，耐高溫，抗氧化性，帶隙寬等諸多優(yōu)良性能，吸引了眾多研究人員的關(guān)注。與其他納米材料相比，氮化硅纖維因其獨(dú)特的微觀形貌而具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)。被廣泛用作寬帶隙半導(dǎo)體材料。此外，氮化硅纖維已經(jīng)成為常溫和高溫下納米器件的有效替代材料。近年來，氮化硅纖維由于其特有的性質(zhì)被許多人研究。

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制備方法

1、熱蒸發(fā)法

利用簡(jiǎn)單的蒸發(fā)加熱材料中的催化劑形成液態(tài)，液相會(huì)在加熱過程中吸收周圍的原材料氣體，當(dāng)達(dá)過飽和時(shí)會(huì)有相應(yīng)的晶體析出生長(zhǎng)成納米線。有研究者使用SiO₂、石墨及催化劑，加熱到1200-1400°Ｃ分別制備了β-Si₃N₄和α-Si₃N₄晶須。α相晶須結(jié)構(gòu)表面粗糙，晶體內(nèi)部含有大量的缺陷結(jié)構(gòu)；相反β相晶須結(jié)構(gòu)表面較光滑，晶體結(jié)晶較為完善幾乎看不到缺陷。

2、化學(xué)氣相沉積（CVD）

利用高溫加熱材料使其生成另外的物質(zhì)，后沉積在襯底上的過程。Huang等以Si粉為原料，將石墨在Ni（NO₃)₂溶液中浸泡后作為基底，在N₂條件下加熱到1450°Ｃ處理3h，降到室溫后便可在基板上得到大量的Si₃N₄納米帶；而沒有催化劑的基板上得到的Si₃N₄納米線結(jié)構(gòu)。還有研究者利用活性炭和SiO粉末為原料，在1300°Ｃ條件下制得了直徑在100－300nｍ之間，長(zhǎng)度可達(dá)到數(shù)百微米的Si₃N₄納米線。

3、熱處理干凝膠法

這種方法主要以先制備出SiO₂的干凝膠作為基體，向其中加入金屬類（Fe等）催化劑，用N₂作為保護(hù)氣體時(shí)可以制備出Si₃N₄納米線。有研究者使用金屬類納米顆粒（GaN、Ga、Fe等）作為催化劑在Si襯底上，NH₃條件下來直接氮化制備得到Si₃N₄納米線，這個(gè)過程中NH₃及Si襯底提供了氮源和硅源。因?yàn)榻饘兕惣{米顆粒的加入，在高溫下容易發(fā)生熔融變成液相，使得Si₃N₄晶型的形成變得更容易。

4、模板法

這是一種使用規(guī)則納米線、納米孔、納米管等規(guī)則結(jié)構(gòu)作為模板，使用填充、覆蓋或替代反應(yīng)的方式得到相應(yīng)的意向一維納米材料的方法，這種方法是在特定的模板中沉積各種陣列納米結(jié)構(gòu)的方法。有研究者利用規(guī)則的碳納米管作為限制模板，制備出Si₃N₄納米線結(jié)構(gòu)。

5、前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法

目前，成熟的氮化硅纖維的制備方法是前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法，即先制備出聚硅氮烷、全氫聚硅氮烷、聚硅碳烷等前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體熔融紡絲后經(jīng)高溫氮化即可獲得連續(xù)氮化硅纖維。但該方法制備的氮化硅纖維成本較高，限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

應(yīng)用

1、半導(dǎo)體納米器件

氮化硅纖維因?yàn)槠湫蚊驳奶厥庑�，使其具有和其他半�?dǎo)體材料不同的性質(zhì)，比如熔點(diǎn)比較低、熱導(dǎo)率相對(duì)較低等等，這些優(yōu)越的性質(zhì)在半導(dǎo)體納米器件以及復(fù)合材料等領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用。

2、保溫隔熱領(lǐng)材料

氮化硅纖維材料兼具氮化硅陶瓷和纖維材料的特點(diǎn)，不僅具有優(yōu)良的抗侵蝕性、抗熱震性和透波性，而且還具有較低的熱導(dǎo)率，在鋁電解槽、微波燒結(jié)爐等某些特殊裝備的保溫隔熱領(lǐng)域有應(yīng)用前景。

3、高性能陶瓷基復(fù)合材料

氮化硅纖維具有類似于碳化硅纖維的力學(xué)性能和應(yīng)用領(lǐng)域，耐化學(xué)腐蝕和耐高溫性能好，是高性能陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維之一。該材料是未來航天航空、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等耐高溫部件最有希望的候選材料，有著廣泛的應(yīng)用前景。

此外，隨著氮化硅纖維的新的研究不斷地開展，其很多優(yōu)越的性能被發(fā)現(xiàn)，如有研究者根據(jù)氮化物的納米線的形成，實(shí)現(xiàn)了在較寬頻率下的納米線發(fā)射激光的研究。

參考來源：

[1]陳洋.碳化硅和氮化硅納米纖維的制備及其性能研究

[2]崔杰.碳熱還原氮化法制備氮化硅纖維及其在多孔陶瓷中的應(yīng)用研究

[3]杜鵬輝等.Si3N4粉加入量對(duì)直接氮化制備氮化硅纖維材料顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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