制备硅纳米晶体新的有效方法
制备硅纳米晶体新的有效方法
作者：Belle Dumé，李清旭译
引用网址：https://www.360docs.net/doc/0b18592025.html,/eprint/abs/1999.html
相关网址：https://www.360docs.net/doc/0b18592025.html,/articles/news/8/10/14/1
摘要/内容：
美国Minnesota 大学的工程人员发明了一种室温下在等离子体中制造硅纳米颗
粒的新方法。新方法解决了现有的基于等离子体的制备方法中的问题，可以制
造出尺寸相同的纳米颗粒。研究人员说这种晶体颗粒可以用到新的电子器件中，譬如说单个纳米颗粒晶体管(A Bapat et al. 2004
https://www.360docs.net/doc/0b18592025.html,/abs/physics/0410038)。
相对于非晶态（无定型）硅来说，晶态硅有许多好的特性，可以用于高速电子
学（high-speed electronics）中，不过现有的等离子体合成技术（plasma
synthesis techniques）总是得到非晶态（无定型）硅。并且得到的纳米颗粒
或者存在很多缺陷，或者尺寸变化范围很大。
Uwe Kortshagen和他的同事们所发展的新技术没有这些缺点，可以得到真正意
义上的无缺陷晶态纳米颗粒，并且颗粒的尺寸只在一个较小的范围内变化。
Kortshagen和合作者在一个窄的约23厘米长的石英管里注入95%的氦和氩以及5%的硅烷（SiH4），然后他们在距基电极10厘米距离的环状电极上加上一个13.56兆赫200瓦的功率,可以得到不稳定的由明亮的等离子体滴构成的细丝状的等离子体。现有的等离子体合成法使用稳定均匀的等离子体。
等离子体中的高能电子使硅烷分解得到硅原子，并且重组得到硅颗粒。利用透射电子显微镜（TEM）可以发现得到的纳米颗粒尺寸介于20-80纳米之间，并且主要呈立方体形状。
“现在，我们还没有完全明白晶体硅的形状为什么这么好，或者为什么会形成晶体。”Kortshagen 告诉 PhysicsWeb，“不过，我们相信细丝状的等离子体起到了重要作用，它把硅颗粒加热到比周围气体高几百度的温度，颗粒中的原子可以进行自我调节，找到一个能量有利的形态。”
研究人员现在希望把这种方法推广到其他像砷化镓，氮化镓这些有商用价值的材料的制备中。
纳米材料的制备方法
1化学气相沉积法 1.1化学气相沉积法的原理 化学气相沉积法(Chemical Vapour Deposition (CVD) )是通过气相或者在基板表面上的化学反应，在基板上形成薄膜。化学气相沉积方法实际上是化学反应方法，因此。用CVD方法可以制备各种物质的薄膜材料。通过反应气体的组合可以制备各种组成的薄膜，也可以制备具有完全新的结构和组成的薄膜材料，而且即使是高熔点物质也可以在很低的温度下制备。 用化学气相沉积法可以制备各种薄膜材料、包括单元素物、化合物、氧化物、氮化物、碳化物等。采用各种反应形式，选择适当的制备条件——基板温度、气体组成、浓度和压强、可以得到具有各种性质的薄膜构料。化学气相沉积的化学反应形式．主要有热分解反应、氢还原反应、金属还原反应、基板还原反应、化学输运反应、氧化反应、加水分解反应、等离子体和激光激发反应等。 化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究[4]。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在，才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入的研究。 化学气相沉积法制备碳纳米管的原料气，国际上主要采用乙炔，但也采用许多别的碳源气体，如甲烷、一氧化碳、乙烯、丙烯、丁烯、甲醇、乙醇、二甲苯等。在过渡金属催化剂铁钴镍催化生成的碳纳米管时，使用含铁催化剂，多数得到多壁碳纳米管；使用含钴催化剂，大多数的实验得到多壁碳纳米管；过渡金属的混合物比单一金属合成碳纳米管更有效。铁镍合金多合成多壁碳纳米管，铁钴合金相比较更容易制得单壁碳纳米管。此外，两种金属的混合物作为催化剂可以大大促进碳纳米管的生长。许多文献证实铁、钴、镍任意两种的混合物或者其他金属与铁、钴、镍任何一种的混合物均对碳纳米管的生长具有显著的提高作用，不仅可以提高催化剂的性能，而且可以提高产物的质量或者降低反应温度。催化裂解二甲苯时，将适量金属铽与铁混合，可以提高多壁碳纳米管的纯度和规则度。因而，包括像烃及一氧化碳等可在催化剂上裂解或歧化生成碳的物料均有形成碳纳米管的可能。Lee Y T 等[5]讨论了以铁分散的二氧化硅为基体，乙炔为碳源所制备的垂直生长的碳纳米管阵列的生长机理，并提出了碳纳米管的生长模型。Mukhopdayya K等[6]提出了一种简单而新颖的低温制备碳纳米管阵列的方法。该法以沸石为基体，以钴和钒为催化剂，仍是以乙炔气体为碳源。Pna Z W等[7]以乙炔为碳源，铁畦纳米复合物为基体高效生长出开口的多壁碳纳米管阵列。 1.2评价 化学气相沉积法该法制备的纳米微粒颗粒均匀，纯度高，粒度小，分散性好，化学反应活性高，工艺可控和连续，可对整个基体进行沉积等优点。此外，化学气相沉积法因其制备工艺简单，设备投入少，操作方便，适于大规模生产而显示出它的工业应用前景。因此，化学气相沉积法成为实现可控合成技术的一种有效途径。化学气相沉积法缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展，由此衍生出来的许多新技术，如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。化学气相沉积法是纳米薄膜材料制备中使用最多的一种工艺，广泛应用于各种结构材料和功能材料的制备。用化学气相沉积法可以制备几乎所有的金属，氧化物、氮化物、碳化合物、复合氧化物等膜材料。总之，随着纳米材料制备技术的不断完善，化学气相沉积法将会得到更广泛的应用。
纳米材料的制备方法及其研究进展
纳米材料的制备方法及其研究进展纳米材料的制备及其研究进展 摘要:综述了纳米材料的结构、性能及发展历史;介绍了纳米材料的制备方法及最新进展;概述了纳米材料在各方面的应用状况和前景;讨论了目前纳米材料制备中存在的问题。 关键词:纳米材料;结构与性能;制备技术;应用前景;研究进展 1 引言 纳米微粒是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，微粒具有壳层结构。由于微粒的表面层占很大比重，所以纳米材料实际是晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组合，纳米材料具有大量的界面，晶界原子达15%-50%。 这些特殊的结构使得纳米材料具有独特的体积效应、表面效应，量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，从而使其具有奇异的力学、电学、磁学、热学、光学、化学活性、催化和超导性能等特性，使纳米材料在国防、电子、化工、冶金、轻工、航空、陶瓷、核技术、催化剂、医药等领域具有重要的应用价值，美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划;日本在10年纳米微粒的制备方法 1 纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法。制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。 1.1 物理方法 1.1.1 蒸发冷凝法
又称为物理气相沉积法，是用真空蒸发、激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，然后在介质中骤冷使之凝结。特点:纯度高、结晶组织好、粒度可控;但技术设备要求高。根据加热源的不同有: (1)真空蒸发-冷凝法其原理是在高纯度惰性气氛(Ar,He)下，对蒸发物质进行真空加热蒸发，蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。1984年Leiter[2]等首次用惰性气体沉积和原位成型方法，研制成功了Pd、Cu、Fe 等纳米级金属材料。1987 年Siegles[3]采用该法又成功地制备了纳米级TiO2 陶瓷材料。这种方法是目前制备纳米微粒的主要方法。特点:粒径可控，纯度较高，可制得粒径为5~10nm的微粒。但仅适用于制备低熔点、成分单一的物质，在合成金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时还存在局限性。 (2)激光加热蒸发法是以激光为快速加热源，使气相反应物分子是利用高压气体雾化器将-20~-40OC的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流是以高频线圈为热源，使坩埚是用等离子体将金属等的粉末熔融、蒸发和冷凝以获得纳米微粒。特点:微粒纯度较高，粒度均匀，是制备氧化物、氮化物、碳化物系列、金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效的方法，同时为高沸点金属纳米微粒的制备开辟了前景。但离子枪寿命短、功率小、热效率低。目前新开发出的电弧气化法和混合等离子体法有望克服以上缺点。 (6)电子束照射法1995年许并社等人[4]利用高能电子束照射母材，成功地获 得了表面非常洁净的纳米微粒，母材一般选用该金属的氧化物，如用电子束照射 Al2O3 后，表层的Al-O 键被高能电子“切断”，蒸发的Al原子通过瞬间冷凝，形核、长大，形成Al的纳米微粒，但目前该方法获得的纳米微粒限于金属纳 米微粒。 1.1.2 物理粉碎法
纳米线的制备综述
现代材料制备技术 期末报告 姓名：翁小康 学号：12016001388 专业：材料工程 教师：朱进 2017年6月24日
Si纳米线的制备方法总结及其应用 摘要：Si纳米线是一种新型的一维纳米半导体材料，具有独特的电子输运特性、场发射特性和光学特性等。此外，硅纳米线在宽波段、宽入射角范围内有着优异的减反射性能以及在光电领域的巨大应用前景。传统器件已不满足更快更小的要求，因此纳米线器件成为研究的热点。关于硅纳米线阵列的制备方法，本文主要从“自下而上”和“自上而下”两大类出发，分别阐述了模板辅助的化学气相沉积法、化学气相沉积结合Langmuir-Blodgett技术法和金属催化化学刻蚀法等方法。最后介绍了Si纳米线在场效应晶体管、太阳能电池、传感器、锂电池负极材料等方面相关应用。 关键词：Si纳米线；阵列；制备方法；器件应用 0 引言 近年来，Si纳米线及其阵列的制备方法、结构表征、光电性质及其新型器件应用的研究，已成为Si基纳米材料科学与技术领域中一个新的热点课题。人们之所以对Si纳米线的研究广泛关注，是由于这种准一维纳米结构具有许多显著不同于其他低维半导体材料的电学、光学、磁学以及力学等新颖物理性质，从而使其在场发射器件、单电子存储器件、高效率激光器、纳米传感器以及高转换效率太阳电池等光电子器件中具有重要的实际应用[1]。 硅纳米线阵列( silicon nanowires arrays，简称SiNWs阵列) 是由众多的一维硅纳米线垂直于基底排列而成的，SiNWs阵列与硅纳米线之间的关系如同整片森林与单棵树木一样，它除了具有硅纳米线的特性外，还表现出集合体的优异性能：SiNWs阵列独特的“森林式”结构，使其具有优异的减反射特性，在宽波段、宽入射角范围都能保持很高的光吸收率，显著高于目前普遍使用的硅薄膜。例如，对于波长300—800 nm的光，在正入射的情况下，硅薄膜的平均光吸收率为65% ，而SiNWs阵列的平均光吸收率在80% 以上；在光入射角为60°时，硅薄膜的平均光吸收率为45%，而SiNWs阵列的平均光吸收率达70%［2］。这对于硅材料在太阳能高效利用方面，具有十分重要的意义。本文将对国内外关于硅纳米线阵列的制备及其在光电领域应用的研究进展进行系统阐述。 1 Si纳米线阵列的制备方法 近年来，为制备有序的SiNWs阵列，研究者先后开发出多种制备方法，这些方法大体上可分为两类：“自下而上( bottom-up )”和“自上而下( topdown)”。前者是从原子或分子出发控制组装成SiNWs阵列；而后者则是从体硅(硅片)出发，经化学刻蚀制得。 1.1 自下而上 目前，“自下而上”的制备方法，主要是激光烧蚀沉积，化学气相沉积法( chemical vapor deposition，CVD)与有序排列技术相结合及热蒸发等。CVD法是利用气态或蒸气态物质在气相或气固界面上反应生长固态沉积物的方法。该法直
纳米材料制备方法综述
纳米材料制备方法综述 摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法 近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。 目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。 一、气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积（PVD） 在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属，包括高熔
硅及其化合物教案
无机非金属材料的主角──硅教学设计（1） 教学目标： 【知识与技能】 1．了解硅元素在自然界中的存在形式； 2．知道二氧化硅的性质； 3．了解硅酸的性质及制法，了解硅酸钠的性质； 4．知道硅、二氧化硅的在信息技术、材料科学等领域的应用。 【过程与方法】 1．帮助学生学习运用对比的方法来认识物质的共性和个性，促进学生对新旧知识进行归纳比较能力的发展。 2．通过硅及其化合物等内容体现从物质的结构猜测物质的性质，推出物质的用途的思维过程，建构“结构——性质——用途”学习的共同模式，。 3．本节多数内容属于了解层次，部分段落阅读自学，提高的阅读能力、收集资料能力、自学能力和语言表达能力。 【情感态度与价值观】 1．用硅给现代人类文明进程所带来的重大影响（从传统材料到信息材料），为学生构架一座从书本知识到现代科技知识和生活实际的桥梁。开阔学生眼界，提高科技文化素养，理解更多的现代相关科学理论与技术； 2．促进学生逐渐形成正确的科学社会观，学生认识到“科学技术是第一生产力”，关心环境，资源再生及研究、探索、发现新材料等与现代社会有关的化学问题，提高学生社会责任感。【教学重点】二氧化硅的主要化学性质。 【教学难点】二氧化硅晶体结构 【教学过程】 [导课]问题： [问题]：请简要阅读课文后回答课文标题中“无机非金属材料的主角-硅”“主角”两个字在这里的涵义是什么？（学生回答：硅含量仅次于氧，硅的氧化物和硅酸盐构成地壳的主要部分） [板书]第四章非金属元素及其化合物 [板书]§4-1无机非金属材料的主角-硅 ［讲述］硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中的大部分岩石、沙子和土壤，约占地壳质量90％以上。各种各样的硅酸盐和水、空气和阳光构成了人类及生物生存的根基。自古至今，在无机非金属材料中，硅一直扮演着主角的角色。 ［问题］碳和硅元素结构上又和碳有什么不同？推测硅单质的性质有哪些？ ［学生阅读］Ｐ74中间自然段。 ［回答］硅位于元素周期表ⅣＡ，与碳元素同族。原子最外层均有四个电子。硅同 碳元素一样，其原子即不容易失去电子又不容易得到电子，主要形成四价的化合物。其中二氧化硅是硅的最重要的化合物。“最重要”三个字是如何体现呢？接下来具体进行了解二氧化硅有关性质。 ［板书］一、二氧化硅和硅酸 ［投影］金刚石、晶体硅、二氧化硅的晶体模型及水晶标本。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法 一、前言 纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代，英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时，其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。 应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 二、纳米材料的制备方法 （一）、机械法 机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部
SiO-Au法制备硅纳米线
SiO ?Au 法制备硅纳米线 潘国卫? (浙江大学物理系,杭州 310027) 摘要 在低真空的CVD 系统中直接热蒸发SiO 粉末并以金为催化剂在硅衬底上制备出大量长达几十微米的硅 纳米线(SiNWs),通过X 射线衍射谱(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射仪(SAED)和Raman 光谱等技术对硅纳米线进行形貌及结构分析.实验结果表明,在不同生长温度下制备得到的硅纳米线质量不同,其中在700℃温区生长的硅线质量最好;与晶体硅Raman 的一级散射特征峰(TO)520.3cm -1相比,纳米硅线的Raman 特征峰(TO)红移至514.8cm -1.关键词：SiO ?Au 法,硅纳米线(SiNWs), 制备 中图分类号：O649 Silicon Nanowires Produced by SiO ?Au Method PAN,Guo ?Wei ? (Department of Physics,Zhejiang University,Hangzhou 310027,P.R.China ) Abstract Large ?scale silicon nanowires (SiNWs),which consist of a crystalline silicon core and a thick oxide shell with a length of tens of micrometers,were synthesized by evaporation of silicon monoxide (SiO)using a gold ?coated silicon wafer as substrate in a low vacuum CVD system.The morphology and structure of the nanowires were inspected and analyzed by X ?ray diffraction(XRD),field ?emission scanning electron microscopy (FESEM),transmission electron microscopy (TEM),selected electron diffraction (SAED),and Raman spectroscopy.The experimental results indicated the quality of silicon nanowires (SiNWs)varied with different growth temperatures,and it was found that the SiNWs produced at 700℃zone had a well ?crystallized https://www.360docs.net/doc/0b18592025.html,pared with the Raman peak of the first ?order transverse optical phonon mode (TO)at 520.3cm -1for bulk silicon,the corresponding peak for as ?grown SiNWs redshifted to 514.8cm -1. Keywords ：SiO ?Au method, Silicon Nanowires (SiNWs), Preparation [Note] https://www.360docs.net/doc/0b18592025.html, 物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao ) September Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2006,22(9)：1147~1150 Received:January 20,2006;Revised:April 5,2006.? Correspondent,E ?mail:zjupgw@https://www.360docs.net/doc/0b18592025.html,;Tel:0571?87951593. 国家自然科学基金(50272057)资助项目 ?Editorial office of Acta Physico ?Chimica Sinica 由于硅在微电子产业中起着至关重要的作用,它的纳米结构如多孔硅[1]、纳米颗粒[2]、纳米线[3]及纳米管[4]将是产生新一代纳米电子和纳米光子器件的 基石.硅纳米线(SiNWs)具有优异的物理、化学和机械性能,其巨大的潜在应用价值得到广泛的关注.因此,制备硅纳米线显得格外重要.到目前为止,已经发展了多种制备硅纳米线的方法,如传统的光刻法[5]、基于VLS 机理准分子激光烧蚀法[6]、化学气相 沉积法[7],氧化铝模板法[8]、氧化物辅助法[9],热蒸发法[10].其中热蒸发法比较简单,不需SiH 4、H 2等易燃易爆有毒气体,直接在高温下蒸发硅氧化物就可以合成硅纳米线,其缺点是硅线的直径难以控制,而传统的CVD 法具有通过控制催化剂的颗粒大小方便地控制硅线直径的优点.近年来,香港城市大学李述汤研究组将热蒸发法和金催化剂相结合(称之为SiO ?Au 法)成功地制备了硅纳米线[11?13].有力地证明了使 1147
二氧化硅晶体结构
(2)乙酸与醇反应生成乙酸酯,若产物为 (CH 3O O n R ,变式为(CH 2CO )n ·R (OH )n ,从式子 可看出,生成的酯比相应的醇的分子量增加42n ,若为一元醇则增加42。 五、从反应前后碳链结构看 在下列一系列变化中,分子中的碳链结构不变化:醇醛羧酸酯 所以酯中酯键两侧的碳骨架仍保持着醇的碳骨架 和酸的碳骨架。醇与它自身氧化成的羧酸酯化反应生 成的酯,酯键两侧碳数相同,碳骨架也相同。 六、从酯的特殊性看 甲酸酯中仍有醛基:H C O O R ,所以甲酸酯 能够发生银镜反应,等等,表现出醛的一些性质,同时它有酯的通性。另外,甲酸酯 水解生成甲酸或甲酸盐,所以其产物仍能发生银镜反应。 二氧化硅晶体结构 湖南衡阳县一中(421200) 陈吉秋 一、二氧化硅晶体平面 示意图 高级中学课本化学第二册P6有二氧化硅晶体平面示意图(见图1)。该图说明二氧化硅不是由单个“SiO 2”的 分子所组成的分子晶体,而是一种原子晶体。一个Si 原子跟4个O 原子形成4个共价 键。同时,一个氧原子又跟两个Si 原子形成两个共价键。但该图也有两处不足:①该图并没有反映出二氧化硅真实的三维空间结构。②该图中最小环上是4个Si 原子与4个O 原子交替连结,而实际上二氧化硅晶体中, 最小环上是6个Si 原子与6个O 原子交替连接。 二、二氧化硅晶体空间结构1.硅晶体结构 硅晶体结构与金刚石结构相似(见图2),在硅晶体中,每个硅原子都被相邻的4个硅原子包围,处于4个硅原子的中心,以共价键跟这4个硅原子结合,成为正四面体结构,这些正四面体结构向空间发展,构成一种坚实的,彼此联结的空间网状晶体。 2.二氧化硅晶体结构 如果在硅的晶体结构示意图中,将所有的Si -Si 键断裂,再在Si 原子与Si 原子之间连一个原子(每个O 原子形成的两个Si -O 键的键角不是180°)就可得到二氧化硅晶体结构示意图(见图3)。 因此,在二氧化硅晶体中,每个硅原子被相邻的4个氧原子包围,处于4个O 原子中心, 以共价键跟这4 个氧原子结合,成为正四面体结构(见图4)。 每个O 原子为两个四面体所共有(见图5)。 这样,许许多多四面体又通过顶点O 原子连成一个整体(见图6),在二氧化硅晶体中最小环上有6个O 原子和6个未画出的Si 原子以Si -O 键交替相连(见图6)。由图3与图7也可得出这个结论。 33 释疑解难★
第二章 硅和硅片制_
第二章硅和硅片制备 硅是用来制造芯片的主要半导体材料，也是半导体产业中最重要的材料。锗是第一个用做半导体的材料，它很快被硅取代了，这主要有四个原因：1）硅的丰裕度：硅是地球上第二丰富的元素，占到地壳成分的25%，经合理加工，硅能够提纯到半导体制造所需的足够高的纯度而消耗更低的成本。 2）更高的熔化温度允许更宽的工艺容限：硅1412℃的熔点远高于锗937℃的熔点，使得硅可以承受高温工艺。 3）更宽的工作温度范围：用硅制造的半导体元件可以用于比锗更宽的温度范围。 4）氧化硅的自然生成：硅表面有自然生长氧化硅(SiO2)的能力。SiO2是一种高质量、稳定的电绝缘材料，而且能充当优质的化学阻挡层以保护硅不受外部沾污。 现在，全世界芯片的85%以上都是由硅来制造的。 2.1半导体级硅 用来做芯片的高纯硅被称为半导体级硅（semiconductor-grade silicon）, 或者SGS，有时也被称做电子级硅。从天然硅中获得生产半导体器件所需纯度的SGS要分几步。现介绍一种得到SGS的主要方法： 第一步，在还原气体环境中，通过加热含碳的硅石（SiO2），一种纯沙，来生产冶金级硅。 SiC（固体）+SiO2（固体）→Si（液体）+SiO（气体）+CO（气体） 在反应式右边所得到的冶金级硅的纯度有98%。由于冶金级硅的沾污程度相当高，所以它对半导体制造没有任何用处。 第二步，将冶金级硅压碎并通过化学反应生成含硅的三氯硅烷气体。 Si（固体）+3HCl（气体）→SiHCl3（气体）+H2（气体）+加热 第三步，含硅的三氯硅烷气体经过再一次化学过程并用氢气还原制备出纯度为99.9999999%的半导体级硅。 2SiHCl3（气体）+2H2（气体）→2Si（固体）+6HCl（气体） 这种生产纯SGS的工艺称为西门子工艺。（图2.1）半导体级硅具有半导体制造要求的超高纯度，它包含少于百万分之（ppm）二的碳元素和少于十亿分之（ppb）一的Ⅲ、Ⅴ族元素（主要的掺杂元素）。然而用西门子工艺生产的硅没有按照希望的晶体顺序排列原子，所以也不能用在半导体制造中。
硅的晶体结构
自然界物质存在的形态有气态物质、液态物质和固态物质。固态物质可根据它们 的质点(原子、离子和分子)排列规则的不同，分为晶体和非晶体两大类。具有确定的熔点的固态物质称为晶体，如硅、砷化镓、冰及一般金属等；没有确定的熔点、加热时在某一温度范围内就逐渐软化的固态物质称为非晶体，如玻璃、松香等。 所有晶体都是由原子、分子、离子或这些粒子集团在空间按一定规则排列而成的。这种对称的、有规则的排列，叫晶体的点阵或晶体格子，简称为晶格。最小的晶格，称为晶胞。晶胞的各向长度，称为品格常数。将晶格周期地重复排列起来，就构成为整个晶体。晶体又分为单晶体和多晶体。整块材料从头到尾都按同一规则作周期性排列的晶体，称为单晶体。整个晶体由多个同样成分、同样晶体结构的小晶体(即晶粒)组成的晶体，称为多晶体。在多晶体中，每个小晶体中的原子排列顺序的位向是不同的。非晶体没有上述特征，组成它们的质点的排列是无规则的，而是“短程有序、长程无序’’的排列，所以又称为无定形态。一般的硅棒是单晶硅，粗制硅(冶金硅)和利用蒸发或气相沉积制成的硅薄膜为多晶硅，也可以为无定形硅。 硅(S1)的原子序数为14，即它的原子核周围有14个电子。这些电子围绕着原子核按一层层的轨道分布，第一层2个，第二层8个，剩下的4个排在第三层，如图所示。另图为硅的晶胞结构。它可以看作是两个面心立方晶胞沿对角线方向上位移1／4互相套构而成。这种结构被称为金刚石式结构。硅(Si)锗(Ge)等重要半导体均为金刚石式结构。1个硅原子和4个相邻的硅原子由共价键联结，这 4个硅原子恰好在正四面体的4个顶角上，而四面体的中心是另一硅原子。 硅单晶的制备方法：按拉制方法不同分为无坩埚区熔(FZ)法与有坩埚直拉(CZ)法。区熔拉制的单晶不受坩埚污染，纯度较高，适于生产电阻率高于20欧/厘米的N型硅单晶（包括中子嬗变掺杂单晶）和高阻 P型硅单晶。由于含氧量低，区熔单晶机械强度较差。大量区熔单晶用于制造高压整流器、晶体闸流管、高压晶体管等器件。直接法易于获得大直径单晶，但纯度低于区熔单晶，适于生产20欧/厘米以下的硅单晶。由于含氧量高,直拉单晶机械强度较好。大量直拉单晶用于制造MOS集成电路、大功率晶体管等器件。外延片衬底单晶也用直拉法生产。硅单晶商品多制成抛光片，但对FZ单晶片与CZ单晶片须加以区别。外延片是在硅单晶片衬底（或尖晶石、蓝宝石等绝缘衬底）上外延生长硅单晶薄层而制成，大量用于制造双极型集成电路、高频晶体管、小功率晶体管等器件。
纳米材料制备简述
新型材料及其应用期末论文纳米材料制备简述 作者:盛建飞 班级：冶金1班 学号：1045562119
摘要：由于纳米材料的特殊结构以及所表现出来的特异效应和性能, 使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。行之有效的制备方法将会成为纳米材料得以快速发展的基础。本文就纳米材料的制备方法进行简述。 关键词：纳米材料制备方法问题措施 0前言：通常我们把组分或晶粒结构控制在100nm以下的材料称为纳米材料。广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸范围的基本单元。纳米材料因其小尺寸效应，使其在热力学、电性能、性能、光性能、化学性能等方面具有诸多优良特性。纳米技术以其带给人类的全新的对物质领域的认识, 无疑正在掀起一场技术革命，因此提高纳米材料的制备技术就显得尤其重要，本文就纳米材料的的制备作一些简单的论述。 1纳米微粒的制备方法： 纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法，制备的关键是如何控制颗粒的大小和获得较窄且均匀的粒度分布。 1.1物理方法 1.1.1蒸发冷凝法 又称为物理气相沉积法( PhysicsVapor Depos-ition 简称PVD 法)，是用真空蒸发、激光、电弧高频感应、电子束照射等方法使原料气化或形成等离子体，然后在介质中急冷使之凝结。特点：纯度高、结晶组织好、粒度可控；但其技术设备要求高。 根据加热源的不同可分为: (1)真空蒸发－冷凝法。其原理是在高纯度惰性气氛(如Ar,He)下，对蒸发物质进行真空加热蒸发，蒸气在气体介质中冷凝形成超细微粒。此法是目前制备纳米微粒的主要方法。特点：粒径可控，纯度较高，可制得粒径为5~10nm的微粒；但其仅适用于制备低熔点、成分单一的物质，在合成金属氧化物、氮化物等高熔点物质的纳米微粒时存在局限性。 (2)激光加热蒸发法。它是以激光为快速加热源，使气相反应物分子内部快速吸收和传递能量，瞬间完成气相反应的成核、长大和终止。特点：可获得粒径小(小于50nm)且粒度均匀的纳米微粒。但由于激光器的效率低，电能消耗较大，投资大，难以实现规模化生产。 (3)高压气体雾化法。它是利用高压气体雾化器将﹣20~﹣40℃的氦气和氩气以3倍于音速的速度射入熔融材料的液流内，熔体被破碎成极细颗粒的射流,然后急剧骤冷得到超微粒。特点:微粒粒径小且粒度分布较窄。 (4)高频感应加热法。是以高频线圈为热源，使坩埚内的物质在低压(1~10kPa)的He、N2等惰性气体中蒸发，蒸发后的金属原子与惰性气体原子碰撞，冷却凝聚成颗粒。特点: 微粒纯度高，粒度分布较窄；但成本较高，难以获得高沸点的金属。 (5)热等离子体法。它是用等离子体将金属等的粉末熔融、蒸发和冷凝以获得纳米微粒。特点：微粒纯度较高，粒度均匀，是制备氧化物、氮化物、碳化物系列、金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效的方法，同时为高沸点金属纳米微粒的制备开辟了前景。但离子枪寿命短、功率小、热效率低。 (6)电子束照射法。1995年许并社等人利用高能电子束照射母材, 成功地获得了表面非常洁净的纳米微粒，母材一般选用该金属的氧化物, 如用电子束照射Al2O3后，表层的Al －O键被高能电子“切断”，蒸发的Al原子通过瞬间冷凝、形核、长大，形成Al的纳米微粒。但目前该方法获得的纳米微粒限于金属纳米微粒。 1.1.2物理粉碎法
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法 一、前言纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代，英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时，其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年lijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。 应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属一一绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 二、纳米材料的制备方法 （一）、机械法 机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部供给热能，通过球磨让物质使材料之间发生界面反应，使大晶粒变为小晶粒，得到纳米材料。机械粉碎法是利用各种超微粉机械粉碎和电火花爆炸等方法将原料直接粉碎成超微粉，尤
半导体纳米材料的制备方法(精)
摘要：讨论了当前国内外主要的几种半导体纳米材料的制备工艺技术,包括物理法和化学法两大类下的几种，机械球磨法、磁控溅射法、静电纺丝法、溶胶凝胶法、微乳液法、模板法等,并分析了以上几种纳米材料制备技术的优缺点 关键词:半导体纳米粒子性质；半导体纳米材料；溶胶一凝胶法;机械球磨法；磁控溅射法；静电纺丝法；微乳液法；模板法；金属有机物化学气相淀积 引言 半导体材料（semiconductormaterial）是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内）。相对于导体材料而言,半导体中的电子动能较低,有较长的德布罗意波长,对空间限域比较敏感。半导体材料空间中某一方向的尺寸限制与电子的德布罗意波长可比拟时,电子的运动被量子化地限制在离散的本征态,从而失去一个空间自由度或者说减少了一维,通常适用体材料的电子的粒子行为在此材料中不再适用。这种自然界不存在,通过能带工程人工制造的新型功能材料叫做半导体纳米材料。现已知道,半导体纳米粒子结构上的特点(原子畴尺寸小于100nm,大比例原子处于晶界环境,各畴之间存在相互作用等是导致半导体纳米材料具有特殊性质的根本原因。半导体纳米材料独特的质使其将在未来的各种功能器件中发挥重要作用,半导体纳米材料的制备是目前研究的热点之一。本文讨论了半导体纳米材料的性质,综述了几种化学法制备半导体纳米材料的原理和特点。 2.半导体纳米粒子的基本性质
2.1表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。 随着纳米材料粒径的减小，表面原子数迅速增加。例如当粒径为10nm时，表面原子数为完整晶粒原子总数的20%；而粒径为1nm时，其表面原子百分数增大到99%；此时组成该纳米晶粒的所有约30个原子几乎全部分布在表面。由于表面原子周围缺少相邻的原子：有许多悬空键，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，故表现出很高的化学活性。随着粒径的减小，纳米材料的表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。 超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2*10-3微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多李晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。 因此想要获得发光效率高的纳米材料，采用适当的方法合成表面完好的半导体材料很重要。 2.2量子尺寸效应 量子尺寸效应--是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。当半导体材料从体相减小到某一临界尺寸(如与电子的德布罗意波长、电子的非弹性散射平均自由程和体相激子的玻尔半径相等以后,其中的电子、空穴和激子等载流子的运动将受到强量子封闭性的限制，同时导致其能量的
纳米材料制备方法
1 高能冲击法制备纳米晶结构材料的研究 本文对在炸药爆炸产生的高能冲击波条件下纳米晶结构材料的形成进行了研究。对爆炸复合后的Cu/Fe复合板的组织结构变化进行了金相、TEM、HRTEM观察。结果表明：在接合界面的一定厚度范围之内材料发生了纳米晶化，有的地方甚至出现了非晶化现象。在爆炸复合工艺所具有的近乎极端的条件---高冲击力、高塑性变形、高塑变速率、以及绝热状态下温度的瞬时升降之下，材料内部尤其是在接合界面处，位错的密度将极大增殖并且运动和堆积，空位的密度也将急剧增加，从而使材料被分割碎化成纳米尺度的组织形貌，甚至有的地方的原子排列呈无规则的非晶态。这一实验结果说明：可望通过高能冲击的方法制备纳米晶结构薄膜材料以及纳米晶块状材料。 2 等离子体法制取纳米粉末 等离子体是一种高温、高能量密度由电子、离子、原子与分子组成的电中性的带电异体，它可以由惰性、中性、氧化性和还原性等不同气体形成该种气体或两种以上气体的等离子体。等离子体可分为低压冷等离子体（也称非平衡等离子体）和常压热等离子体（也称准平衡等离子体）。 3 高能球磨法在纳米材料研究中的应用 自高能球磨法（HEM）一经出现，就成为制备纳米材料的一种重要途径。随着研究的不断深入，它不仅被广泛用来制备新金属材料，而且被用来制备非晶材料，纳米晶材料以及陶瓷材料等，成为材料研究领域内一种非常重要的方法。 4 纳米粉体制备技术及其产业化 纳米粉体材料制备与应用是纳米科技的一个重要分支，对于改造我国传统的粉末工业，促进产品更新换代，极大地提高粉末产品的附加值，推动相关制造行业的发展起到十分重要的作用。某研究中心着重于纳米粉体制备技术工程研究与技术集成，先后开发成功纳米级超细碳酸钙工业化制备技术、超细磁粉工业化制备技术、纳米磁流体制备技术、自固化磷酸钙骨水泥生物材料制备技术等十几项科研成果，并已部分实现产业化，其中纳米级超细活性碳酸钙技术已实现年产1.5万吨生产规模的建设。 粉体工业是一个重要的基础原料产业，具有十分广阔的市场，它不仅可广泛用于改造橡胶、塑料、造纸、涂料、化妆品等传统化工产业，而且纳米粉体材料还是促进信息记录介质、精细陶瓷、电子基片、生物材料等新兴材料产业发展的基础。 5 纳米微粒的微乳液制备方法 纳米材料的制备是纳米科学发展的基础。微乳液法与传统的制备方法相比具有明显的优势。文章较全面地介绍了微乳液中纳米微粒的形成机理、影响因素及对纳米微粒结构的鉴定方法。 6 脉冲能技术在超细粉碎领域中的应用 介绍了近期国外将脉冲能技术应用在超细粉体及粉碎领域上取得的进展，对在该领域出现的几种新方法和设备及它们的性能做了较详细的阐述。 7 溶胶－凝胶技术与纳米材料的制备 介绍了溶胶－凝胶技术的化学理论、水解活性的控制方法及非醇盐溶胶－凝胶技术。评述溶胶－凝胶技术的研究进展及其在纳米材料制备中的应用。 8 嵌段共聚物自组装及其在纳米材料制备中的应用（上） 嵌段共聚物分子链中，嵌段间的相互热力学不相容性及化学键相连接性，使体系发生自组装。通过适当的分子及体系，嵌段共聚物体系能够自组装形成丰富的周期性有序微结构。本文概要地总结了嵌段共聚物体系主