单晶α-Si3N4纳米线宏量制备研究

摘要： 本研究提出了一种宏量制备单晶α-Si3N4纳米线的方法。以造粒硅粉为原料, 通过在N2-H2混合气氛中直接氮化, 得到具有核壳结构的氮化产物(Si3N4纳米线@多孔Si3N4微米粉体), 氮化产物经过破碎、研磨、分离后即可获得Si3N4纳米线。检测结果表明, 制备的Si3N4纳米线直径为80~150 nm, 长径比为20~50, 其中纳米线含量>95wt%, α相/β相比为17.6, 收率为3.1%。进一步研究表明, 原料中微量Fe元素在还原气氛下具有催化作用, 纳米线由典型的气-液-固(VLS)生长机制控制。实验中对原料硅粉造粒后再氮化具有三大优点: 数量级地增大了Si3N4纳米线生长空间; 纳米线生长分布集中, 有利于后续高效分离; 显著提高了氮化速率。