中國粉體網訊  氮化硅具有高強度，耐高溫，抗氧化性，帶隙寬等諸多優(yōu)良性能，吸引了眾多研究人員的關注。與其他納米材料相比，氮化硅纖維因其獨特的微觀形貌而具有優(yōu)異的物理和化學性質。被廣泛用作寬帶隙半導體材料。此外，氮化硅纖維已經成為常溫和高溫下納米器件的有效替代材料。近年來，氮化硅纖維由于其特有的性質被許多人研究。

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制備方法

1、熱蒸發(fā)法

利用簡單的蒸發(fā)加熱材料中的催化劑形成液態(tài)，液相會在加熱過程中吸收周圍的原材料氣體，當達過飽和時會有相應的晶體析出生長成納米線。有研究者使用SiO₂、石墨及催化劑，加熱到1200-1400°Ｃ分別制備了β-Si₃N₄和α-Si₃N₄晶須。α相晶須結構表面粗糙，晶體內部含有大量的缺陷結構；相反β相晶須結構表面較光滑，晶體結晶較為完善幾乎看不到缺陷。

2、化學氣相沉積（CVD）

利用高溫加熱材料使其生成另外的物質，后沉積在襯底上的過程。Huang等以Si粉為原料，將石墨在Ni（NO₃)₂溶液中浸泡后作為基底，在N₂條件下加熱到1450°Ｃ處理3h，降到室溫后便可在基板上得到大量的Si₃N₄納米帶；而沒有催化劑的基板上得到的Si₃N₄納米線結構。還有研究者利用活性炭和SiO粉末為原料，在1300°Ｃ條件下制得了直徑在100－300nｍ之間，長度可達到數百微米的Si₃N₄納米線。

3、熱處理干凝膠法

這種方法主要以先制備出SiO₂的干凝膠作為基體，向其中加入金屬類（Fe等）催化劑，用N₂作為保護氣體時可以制備出Si₃N₄納米線。有研究者使用金屬類納米顆粒（GaN、Ga、Fe等）作為催化劑在Si襯底上，NH₃條件下來直接氮化制備得到Si₃N₄納米線，這個過程中NH₃及Si襯底提供了氮源和硅源。因為金屬類納米顆粒的加入，在高溫下容易發(fā)生熔融變成液相，使得Si₃N₄晶型的形成變得更容易。

4、模板法

這是一種使用規(guī)則納米線、納米孔、納米管等規(guī)則結構作為模板，使用填充、覆蓋或替代反應的方式得到相應的意向一維納米材料的方法，這種方法是在特定的模板中沉積各種陣列納米結構的方法。有研究者利用規(guī)則的碳納米管作為限制模板，制備出Si₃N₄納米線結構。

5、前驅體轉化法

目前，成熟的氮化硅纖維的制備方法是前驅體轉化法，即先制備出聚硅氮烷、全氫聚硅氮烷、聚硅碳烷等前驅體，然后將前驅體熔融紡絲后經高溫氮化即可獲得連續(xù)氮化硅纖維。但該方法制備的氮化硅纖維成本較高，限制了其在工業(yè)領域的應用。

應用

1、半導體納米器件

氮化硅纖維因為其形貌的特殊性，使其具有和其他半導體材料不同的性質，比如熔點比較低、熱導率相對較低等等，這些優(yōu)越的性質在半導體納米器件以及復合材料等領域具有較好的應用。

2、保溫隔熱領材料

氮化硅纖維材料兼具氮化硅陶瓷和纖維材料的特點，不僅具有優(yōu)良的抗侵蝕性、抗熱震性和透波性，而且還具有較低的熱導率，在鋁電解槽、微波燒結爐等某些特殊裝備的保溫隔熱領域有應用前景。

3、高性能陶瓷基復合材料

氮化硅纖維具有類似于碳化硅纖維的力學性能和應用領域，耐化學腐蝕和耐高溫性能好，是高性能陶瓷基復合材料的增強纖維之一。該材料是未來航天航空、汽車發(fā)動機等耐高溫部件最有希望的候選材料，有著廣泛的應用前景。

此外，隨著氮化硅纖維的新的研究不斷地開展，其很多優(yōu)越的性能被發(fā)現，如有研究者根據氮化物的納米線的形成，實現了在較寬頻率下的納米線發(fā)射激光的研究。

參考來源：

[1]陳洋.碳化硅和氮化硅納米纖維的制備及其性能研究

[2]崔杰.碳熱還原氮化法制備氮化硅纖維及其在多孔陶瓷中的應用研究

[3]杜鵬輝等.Si3N4粉加入量對直接氮化制備氮化硅纖維材料顯微結構和性能的影響

（中國粉體網編輯整理/山川）

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