[发明专利]碳化硅纳米颗粒及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳化硅纳米颗粒及其制备方法和应用，该制备方法采用含硅有机前驱体作为碳源和硅源，将其引导至大气压非平衡等离子体区域，在等离子体诱导下反应制得超细非晶碳化硅纳米颗粒，该制备工艺步骤简单，反应条件温和且成本低廉，具有应用前景。

技术领域

本发明属于陶瓷和光电材料技术领域，具体涉及一种碳化硅纳米颗粒及其制备方法，还涉及该碳化硅纳米颗粒的应用。

背景技术

碳化硅是一种重要的半导体材料，其具有优异的热、力、光、电等特性，可用于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。碳化硅根据其结构的有序性可分为晶体碳化硅和非晶体碳化硅，相比于晶体碳化硅纳米材料，非晶碳化硅纳米材料中Si和C的化学计量比可调，从而改变微观结构，继而影响其电子结构，从而使其具有一系列独特的光电性能。

目前关于非晶碳化硅，研究比较多的是非晶碳化硅薄膜，主要是利用低温化学或物理气相沉积、中子轰击、离子束合成等方法制备非晶态碳化硅薄膜。然而，目前关于超细非晶碳化硅纳米颗粒(粒子平均粒径小于10nm)的制备方法几乎没有，其中，Synthesis ofamorphous silicon carbide nanoparticles in a low temperature low pressureplasma reactor.Nanotechnology 19,no.32(2008):325601.中报道了使用微波等离子体在低温低压条件下分解四甲基硅烷，连续气相合成了粒径小于10nm的非晶碳化硅纳米颗粒，但是这种方法要求等离子体区的压强维持在1-10Torr,这使得其工业化规模生产的成本较高；专利公开号为CN105236410A的中国专利申请报道了一种发光非晶碳化硅纳米颗粒的制备方法，其以抛光的3C-SiC多晶为靶材，采用脉冲激光烧蚀法，得到了分散于去离子水中、平均粒径在10nm左右的非晶碳化硅纳米颗粒，但该方法的设备成本较高，并且其采用的原料为高纯度的碳化硅多晶片，价格昂贵，使得其整体成本较高，同样不适于工业化规模生产；此外，专利公开号为CN1445164A的中国专利申请中公开了利用直流电弧等离子体作为热源，以CH₃SiCl₃作为原材料，经电弧加热分解获得碳化硅粉体，但该工艺中获得的碳化硅粒度较大在0.08～0.5μm之间，且获得的碳化硅为晶体碳化硅。

发明内容

有鉴于此，本发明有必要提供一种碳化硅纳米颗粒及其制备方法和应用，该制备方法采用含硅有机前驱体作为碳源和硅源，成本低廉，且制备工艺简单，制得的碳化硅纳米颗粒为超细非晶纳米结构，解决了现有的非晶碳化硅纳米颗粒制备工艺中存在的步骤复杂、成本较高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种碳化硅纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

提供含硅有机前驱体作为碳源和硅源；

引导所述含硅有机前驱体至大气压非平衡等离子体区域，在等离子体的诱导下反应，获得碳化硅纳米颗粒。

进一步的，所述含硅有机前驱体选自甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、乙基硅烷、六甲基二硅烷中的至少一种。

进一步的，所述大气压非平衡等离子体区域的形成采用电弧放电、微波放电、辉光放电中的至少一种。

进一步的，所述大气压非平衡等离子体区域中，等离子体的工质气体选自氩气、氮气、氢气、氦气中的至少一种。

优选的，所述工质气体的流量在2-50slm。

进一步的，所述含硅有机前驱体中硅原子的摩尔流量与所述工质气体的摩尔流量之比不高于1：20。

进一步的，所述大气压非平衡等离子体区域中，等离子体的电子1.0-5.0eV，重粒子温度为300-1000K，气体平均温度为300-1000K，放电气压为1.0bar，放电功率为10-1000W。