[发明专利]一种六方相铝碳氮化物的六边形纳米片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备的技术领域，特别涉及了一种制备六方相铝碳氮化物Al₇C₃N₃六角纳米薄片的制备方法。

背景技术

随着对纳米材料研究的广泛和深入，人们发现纳米材料与体材相比具有大的比表面积，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，表现出量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应及宏观量子隧道效应等特点，从而导致纳米材料的物理性质,磁学性能，热学性能，光学性能，力学性能等都不同于传统的体材料。由轻元素组成的共价化合物因其小的原子半径和超强的原子间作用力而具有优越的性质，如宽带隙、良好的化学稳定性和力学稳定性。其中铝的碳化物，及其氮化物的二元体系已经吸引了众多研究者的目光，并且也得到了广泛的应用。随着科技水平的不断提高，科学工作者开始把目光转移到三元体系。由于元素的增加会使电子或原子结构发生很大的变化，从而使三元体系性质大大的转变。例如之前报道过B-C-N和Si-C-N三元非金属共价化合物的制备及其应用。随后，一些研究者将目光转向具有高硬度、高热导率的金属Al-C-N体系中，获得了丰硕的成果。例如，A.L.Ji等人利用磁控溅射法制备出了高品质、超硬的Al₄₇C₂₀N₃₃薄膜，经测试，其硬度可达53.4GPa(Diamond&Related Materials 14(2005)1348–1352)；罗庆洪等人利用非平衡磁控溅射沉积技术制备出了Al-C-N非晶薄膜(真空科学与技术学报[J],2010,30(2):138-143)；在理论计算方面，G.A.Jeffrey和V.Y.Wu等人对三元铝碳氮物的结构进行了模拟与优化(Acta Cryst.16(1963)559)和(Acta.Cryst.20(1966)538)，证实了这种物质结构可以稳定存在。

与本发明最接近的现有技术有Yunchao Mu等人利用燃烧反应法合成约10微米长的Al₅C₃N和Al₆C₃N₂材料(Int.Journal of Refractory Metals and Hard Materials29(2011)639–640)；穆云超等人采用Al粉和CNx前驱体粉末为原料，采用自蔓延高温合成法制备出了Al₅C₃N和Al₆C₃N₂混合相(粉末冶金材料科学于工程[J],2012,17(5):629-633)。文献中提到只是合成了Al₅C₃N和Al₆C₃N₂的混合物，而这一物质的合成对烧结温度有很高的要求。但是对于制备Al₇C₃N₃材料还没有报道过。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种六方相铝碳氮化物六角纳米薄片的制备方法，该方法工艺简单、节能环保、产量大、生产成本低；制得的六方相铝碳氮化物Al₇C₃N₃纯度高、具有六角纳米薄片形貌，为继续探索铝碳氮材料提供实验数据。

本发明的具体技术方案如下。

一种六方相铝碳氮化物的六边形纳米片，其特征在于，六边形纳米片由六方结构的Al₇C₃N₃构成，纳米片呈规则的六边片状，边长为50～100nm。

本发明的六方相铝碳氮化物Al₇C₃N₃的六边形纳米片是一种稳定存在的Al₄C₃-AlN体系的三元中间相，即，本发明提供了一种新的三元体系铝碳氮材料；并且具有纯度高、形貌尺寸均一的特点，为半导体、延展性强的陶瓷材料开拓新的研究体系。

上述的六方相铝碳氮化物Al₇C₃N₃的六边形纳米片制备的技术方案如下。