[发明专利]一种氮化硅纳米片的制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种氮化硅纳米片的制备方法，通过该方法制备的氮化硅纳米片具有形貌均匀，尺寸可控以及制备方法简单、成本低廉的特点。包括以下步骤：S1、将SiO粉末和石墨烯粉末在球磨机中球磨混合均匀；S2、取出S1中的混合粉末，再向其中加入适量的碳酸氢氨，使用研钵研磨后待用；S3、将S2中混合有碳酸氢铵的混合物平铺在石墨坩埚中，控制其厚度，然后盖上坩埚盖；S4、将S3中的坩埚放置在烧结炉中，依次经过抽气和充气的过程后，开始程序升温，升温至反应温度后，保温2‑3h后反应完成即可得到最终产物。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备领域，具体是一种氮化硅纳米片的制备方法。

背景技术

氮化硅（Si₃N₄）是一种具有优良性质并广泛应用材料。其具有很好的强度、模量、抗热冲击、耐磨损和抗化学腐蚀的性能，在高温结构领域、光电子领域、机械制造以及复合材料制备等领域中都有很好的应用。

氮化硅（Si₃N₄）还是一种宽禁带的半导体材料，在其四面体的基本结构单元中，硅原子位于基本结构单元的中心位置，而氮原子位于四个顶点上，同时每三个四面体结构共用一个氮原子，这样使得其具有了稳定的化学结构，从而带来了一系列优异的性能。通常而言，氮化硅有两种晶型，即α-Si₃N₄和β-Si₃N₄，由于其晶胞堆积方式不同，使得其基本性能存在一定的区别。如α-Si₃N₄的晶格常数（c轴）为0.521-0.570nm，而β-Si₃N₄则为0.271-0.292nm。

目前制备氮化硅纳米材料的方法已经发展了一些，如碳热还原法、直接氮化法、激光烧蚀法以及模板法等等。具体如中国专利CN107337186A公开了一种低维氮化硅纳米材料的制备方法，其使用氧化硅和碳材料为反应原料，将其分别放置在石墨坩埚的底部和中部，从而在烧结炉中进行高温氮化烧结，制备出了尺寸形貌可控的Si₃N₄纳米颗粒、纳米纤维、纳米管和纳米片等低维纳米材料。还比如西安科技大学的研究人员在2013年发表的题为“Preparation of silicon nitride nanowires and dielectric properties”文章中，提出以碳纳米管为模板，对其进行酸化提纯，然后以SiO2和Si粉为原料，将其混合后在氧化铝坩埚中于1500K下的管式炉中保温1h，并通入氨气为氮源，反应结束后即可制得氮化硅纳米线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化硅纳米片的制备方法，通过该方法制备的氮化硅纳米片具有形貌均匀，尺寸可控以及制备方法简单、成本低廉的特点。

为了使本领域技术人员清楚了解本发明的技术方案，现对本发明的技术方案进行如下详细描述。

一种氮化硅纳米片的制备方法，包括以下步骤：

S1、将SiO粉末和石墨烯粉末在球磨机中球磨混合均匀；

S2、取出S1中的混合粉末，再向其中加入适量的碳酸氢氨，使用研钵研磨后待用；

S3、将S2中混合有碳酸氢铵的混合物平铺在石墨坩埚中，控制其厚度，然后盖上坩埚盖；

S4、将S3中的坩埚放置在烧结炉中，依次经过抽气和充气的过程后，开始程序升温，升温至反应温度后，保温2-3h后反应完成即可得到最终产物。

本发明进一步的包括，步骤S1中，球磨机的转速为200-300rpm，时间为5-10min。

本发明进一步的包括，步骤S2中，碳酸氢氨的加入量为SiO粉末和石墨烯粉末总质量的10-20%。