1. 研究目的与意义
碳化硅(sic)又称金刚砂或耐火砂,是一种重要的半导体材料,具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等优异的性质,在有色金属冶炼工业、建材陶瓷、节能工业以及电子材料领域显示出巨大的应用前景。
目前,规模化生产中最常用到的是碳热法,该法在合成过程具有反应温度高(高于1200 ℃)、能耗大、产品纯度低和粒度分布不均匀等缺陷。
其次,在sic生产常规过程中难以对其孔道大小和形貌进行控制,阻碍了sic产品优异性能的体现。
2. 国内外研究现状分析
sic从发现的那一天起便引起了人们的极大兴趣,1893年,acheson开发出一种合成sic的分批装料式电炉-acheson炉,并一直沿用至今。
目前,工业上制备sic材料的主要方法是将石英砂和焦炭的混合物加热至2500 ℃左右高温反应,因石英砂和焦炭中通常含有al和fe等杂质,在制成的sic中都固溶有少量杂质此外,还可在高温下,使用高纯硅与碳黑直接发生反应,得到高纯度sic。
上述方法合成出的多孔sic材料颗粒和孔径较大(一般在微米级别),比表面积小(一般不超过70 m2/g)。
3. 研究的基本内容与计划
以P123为模板剂,TEOS为硅源,糠醇为碳源,采取镁热还原法制备产品,具体实验内容如下: 材料制备:将5 g去离子水、3.3 g乙醇、0.5g 1 M HCl溶液加入到带封口的聚乙烯瓶中;将4.1 g P123加入到聚乙烯瓶,然后将10 g TEOS 和一定量糠醇在剧烈搅拌下缓慢加入到上述混合溶液中,在室温下保持3小时;然后老化4天,并在70 ℃条件下干燥2-3天;取出所得块状物,研磨后加入镁粉混合;将上述粉末放入到不锈钢坩埚中,装于管式炉,在Ar气氛围下以1℃/min升温至650 ℃保持4-6 小时;取出所得固体,采用HNO3和HCl混合液洗涤至中性,干燥后最终得到氧化SiC产品。
材料表征:利用 XRD、SEM、TEM、BET 和 UV-Vis DRS 等手段对材料的结构和微观形貌进行表征。
4. 研究创新点
1、该方法采用了镁热还原法,能够有效降低合成温度。
2/原料廉价易得,最终制备出的SiC材料具有规则的介孔结构。
