[发明专利]一种氮化铝纳米片自组装微米结构及其制备装置、方法

说明书

本发明提供了一种氮化铝纳米片自组装微米结构及其制备装置及方法，涉及纳米材料制备技术领域，解决了制备宽近代半导体纳米材料及其自组装结构的技术问题。本发明方法包括：将铝(Al)粉和氧化镝(Dy₂O₃)粉混合均匀，压成混合粉块体,放入改进后的直流电弧放电装置中；将直流电弧装置的反应腔体内气压抽至真空，再充入氮气或者氨气作为反应气体；放电反应后，待反应腔体冷却，在阳极金属板表面收集到柱状微米结构，在阴极金属板表面收集到碟型微米结构。通过本发明提供的装置和方法制备的纳米片自组装的氮化铝微米结构，具有优良的发光和磁性性能，制备方法简单易操作。

技术领域

本发明涉及宽禁带半导体纳米材料制备技术领域，尤其是涉及氮化铝纳米片自组装微米结构的制备。

背景技术

氮化铝(AlN)是Ⅲ-Ⅴ族直接带隙半导体材料，禁带宽度高达6.2eV，可与GaN和InN构成三元系合金材料。AlN具有很多的优良性能，例如：非常高的导热率、低的热膨胀系数、稳定的化学性能、优良的光学和声学性能，使之应用于微电子器件、集成电路、半导体材料包装及高热导率复合材料等领域，尤其适用于白光发光二极管器件。近年来，由于在半导体器件、短波长激光器、紫外探测器、场效应管及航空航天等领域具有潜在的应用价值，AlN材料越来越得到重视。

低维纳米材料在微电子产业，发光、场发射等领域广阔的应用前景而受到广泛重视。目前，通过多种方法已成功制备出不同形貌的氮化铝纳米材料，如：纳米线、纳米管、纳米锥、分层梳状结构和纳米带等。上述氮化铝纳米材料，都是单一纳米结构单元，具有独特的纳米性能。近年来，纳米材料单元组装技术正处于发展的初期，其独特的几何形状和介质响应，在光学、电学和磁学性质引起了人们极大的兴趣。纳米级组装跨越了材料多个领域：例如单个纳米颗粒、离散的类分子或类病毒纳米级团聚体、微型器件和宏观材料等。自组装的能力可以极大地促进纳米技术与其他技术的集成，特别是与微型制造的集成。

然而具我们所知，目前只有很少有关氮化铝的纳米材料自组装技术报道和专利出现，限制了氮化铝组装纳米结构在微电子材料领域的应用。除此之外，自主装纳米结构多是采用零维(纳米颗粒)，一维(纳米线)为结构单元。而二维纳米片具有独特和优异的电子和光学性能。到目前为止，还没有任何有关二维AlN纳米片组装成微米结构及其制备方法，这严重影响氮化铝在微电子领域的应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种氮化铝纳米片自组装的氮化铝微米结构及其制备装置和方法，通过本发明提供的装置和方法制备的纳米片自组装的氮化铝微米结构，具有优良的发光和磁性性能，制备方法简单易操作。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种制备氮化铝纳米片自组装微米结构的装置，包括反应腔体，所述反应腔体中设有直流电弧放电用阴极和阳极，所述阴极上设置有阴极金属板，所述阳极上设置有阳极金属板，所述阴极金属板和所述阳极金属板平行设置。

优选地，所述阴极金属板和所述阳极金属板为金属钼板。

一种氮化铝纳米片自组装微米结构的制备方法：

A)将铝(Al)粉和氧化镝(Dy₂O₃)粉混合均匀，压成混合粉块体,所述块体置于上述改进后的装置阳极金属板上且与所述阴极相对；

B)将所述的反应腔体内气压抽至真空，再充入氮气或者氨气作为反应气体；

C)放电反应后，待反应腔体冷却，在阳极金属板表面收集到柱状微米结构，在阴极金属板表面收集到碟型微米结构。

优选地，所述步骤A)中铝(Al)粉和氧化镝(Dy₂O₃)粉摩尔比为100:1～100:2。

优选地，所述步骤B)中充入氮气或氨气后反应腔体内压强为3kPa～5kPa。