[发明专利]高纯度高密度高产率Si3N4/SiO2同轴纳米电缆阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯度、高密度、高产率Si₃N₄/SiO₂同轴纳米电缆阵列的制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

自1997年法国科学家Colliex等在电弧放电获得的产物中发现C-BN-C同轴体系并命名其为同轴纳米电缆以来，同轴纳米电缆引起了各国科学家的极大兴趣，很快成为纳米材料研究的一个热点。同轴纳米电缆的内核通常为半导体或金属纳米线，鞘层为异质的导体或绝缘体壳，内核和鞘层是共轴的。同轴纳米电缆以其特殊的核/壳结构和独特的光、电、磁学性能在诸多领域有着广泛的应用前景，它可用作高密度集成元件之间的连接线，超级电容器、微型工具盒及微型机器人的部件，还可作为微型探针的针尖，用于原子力显微镜和纳米力学探针等重要的纳米级分辨率的探测仪器上。此外，同轴纳米电缆还可作为复合材料的增强剂，因其包敷层可选择与基体相匹配的材料，从而改善复合材料的性能。而在基础研究方面，同轴纳米电缆为一维体系的物理实验研究提供了条件，例如，可以研究在包敷层限域的条件下，芯部纳米线的电子输运行为，声子和光子的运动行为，以及热学行为的基本特征，从中发现新现象、新规律，为建立准一维纳米体系的新理论奠定基础(张立德.准一维纳米材料家族的新成员——同轴纳米电缆.中国科学院院刊，1999，5：350-352)。

探索制备高纯度、高产量和直径分布窄的同轴纳米电缆一直是人们关注的焦点。到目前为止，已有很多种方法用来制备具有同轴结构的纳米电缆，如水热法、溶胶-凝胶法、模板法、气相沉积法、激光烧蚀法等，利用这些方法，已制备出了不同种类的物质的同轴纳米电缆如：Ge/SiO_x、Zn/ZnO、SiC/SiO₂、Ga-doped Si₃N₄/SiON、α-Si₃N₄/Si/SiO₂等。

Si₃N₄材料具有高强度、高硬度、良好的耐磨性、抗热震性和抗氧化等优异性能，而且还是一种宽禁带(5.3eV)的半导体材料，Si₃N₄/SiO₂同轴纳米电缆中的SiO₂外壳有着很好的绝缘性，可以防止氧化以及防止电子束等对纳米结构的辐射损伤，因而Si₃N₄/SiO₂同轴纳米电缆可以用于制备高性能复合材料，以及在高温和高辐射等苛刻环境下使用的纳米电子器件。目前，文献报道仅有G.Z.Ran等人(G.Z.Ran，L.P.You，L.Dai，et al.Catalystless synthesis of crystalline Si₃N₄/amorphous SiO₂nanocables from silicon substrates and N₂.Chemical Physics Letters，2004，384：94-97)不用催化剂在硅片上合成得到了杂乱无序的Si₃N₄/SiO₂同轴纳米电缆，但杂乱无序的分布状态将导致纳米电缆的应用受限，因为纳米器件的构筑需要对一维纳米材料进行有序组装，使其具有阵列结构，并实现对其性能的设计调控，这也是纳米超微型器件的设计基础。目前还未见到有关Si₃N₄/SiO₂同轴纳米电缆阵列的文献报道。

发明内容