[发明专利]一种碳化铝纳米带的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化铝纳米带的合成方法。

背景技术

近年来，一维量子线以其小的直径、大的长径比、高的各向异性、各种奇异的结构和奇特的性能成为当今纳米科技的研究热点。一维纳米材料(纳米线、纳米带、纳米棒)代表了能有效的传输电子、空穴、光波和各种激子的最小维数的结构，它们是构成纳米电子、纳米机械和纳米光子学器件的基本单元。碳化铝纳米带是一种带状的一维纳米结构材料，在构建纳米电子器件、催化和传感等领域有一定的应用前景。

华盛顿州立大学Lai-Sheng Wang等(Nano Letters 2002Vol.2，No.2，105-108)报道以锂为催化剂制备碳化铝纳米线(带)的方法，加热Al/C/Li(原子比为5/3/1)混合物到780℃，保温72小时，然后迅速冷却到常温，合成了六角形的碳化铝微晶，当以3℃/h的速度冷却到常温时得到几十微米长的碳化铝纳米线(直径5至70nm)和纳米带(厚5～70nm、宽20～500nm)。以锂为催化剂制备碳化铝纳米线(带)的合成温度较低，但是会引入碳化锂杂质。

P.Schulz等在采用铝硅合金750℃熔渗石墨预制件制备石墨/铝复合物的实验中，在复合物的内部发现少量的碳化铝晶须，讨论了碳化铝晶须对复合物力学性能的影响(Materials Science and Engineering A448(2007)1-6)。此外关于碳化铝一维纳米材料的报道还很少。现有制备碳化铝纳米线(带)的方法还有许多不足之处，进一步探求更先进的制备碳化铝一维纳米材料的方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化铝纳米带的合成方法，

本发明采用的技术方案是，该方法的步骤如下：：

装有铝硅合金的坩埚置于炉内，关闭炉门抽真空至50Pa～10^-3pa，然后充入保护气氩气，再升温到700℃～1600℃之间保温1-20小时，然后自然冷却至常温，在合金表面及石墨坩埚内壁上生成许多黄色的碳化铝纳米带。

所述的铝硅合金，其铝原子百分数含量在10％-90％。

所述的石墨坩埚既为容器也为碳源。

采用铝硅合金为原料，硅在反应体系中起到催化剂的作用，石墨坩埚上的碳作为碳源参与了反应。碳化铝纳米带制备的反应机理是：高温下，合金为液态，气氛中铝硅有一定的饱和蒸气压，由于少量氧的存在，体系中一氧化碳也具有一定的饱和蒸气压，然后通过气固反应机理(VS机理)合成碳化铝纳米带。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明采用铝硅合金为原料，在石墨坩埚为碳源，加热到700～1600℃的温度范围内，然后随炉冷却到常温，制备了碳化铝纳米带。本发明制备的碳化铝纳米带厚度薄、杂质少；碳化铝纳米带的长度长，能达到几个毫米；生长碳化铝纳米带的成本很低；不存在环境污染、制备设备简单。

附图说明

图1是实施例1的碳化铝纳米带。

图2是实施例2的碳化铝纳米带。

具体实施方式

一种以铝硅合金为原料，石墨坩埚为碳源，采用碳热还原法生长碳化铝纳米带的实施例：

实施例1：

装有铝硅合金(Al原子百分数含量为50％)的坩埚置于炉内，关闭炉门抽真空至10^-1Pa，然后充入保护气氩气，再升温到1400℃保温5小时，然后自然冷却至常温。在合金表面及石墨坩埚内壁上生成许多黄色的碳化铝纳米带(如图1)。

实施例2：

装有铝硅合金(Al原子百分数含量为70％)的坩埚置于炉内，关闭炉门抽真空至10^-2pa，然后充入保护气氩气，再升温到1000℃保温20小时，然后自然冷却至常温。在合金表面及石墨坩埚内壁上生成许多黄色的碳化铝纳米带(如图2)。

实施例3：

装有铝硅合金(Al原子百分数含量为10％)的坩埚置于炉内，关闭炉门抽真空至10^-3pa，然后充入保护气氩气，再升温到1200℃保温1小时，然后自然冷却至常温。在合金表面及石墨坩埚内壁上生成许多黄色的碳化铝纳米带。

实施例4：

装有铝硅合金(Al原子百分数含量为90％)的坩埚置于炉内，关闭炉门抽真空至50Pa，然后充入保护气氩气，再升温到700℃保温10小时，然后自然冷却至常温。在合金表面及石墨坩埚内壁上生成许多黄色的碳化铝纳米带。

实施例5：

装有铝硅合金(Al原子百分数含量为40％)的坩埚置于炉内，关闭炉门抽真空至1Pa，然后充入保护气氩气，再升温到1600℃之间保温10小时，然后自然冷却至常温。在合金表面及石墨坩埚内壁上生成许多黄色的碳化铝纳米带。