一种形成纳米片状结构网络在基材上的制备方法及其基材的制作方法_3

文档序号:9519632阅读:来源:国知局
温炉的石英管中,该蒸气成分是由碳氢化合物和硅化合物所组成;和在上述温度在500至1500°C之间的高温炉或高温炉的石英管中,借由气相沉积程序使该蒸气成分形成纳米片状结构网络在该基材之上,该纳米片状结构和该基材之间具有共价键结。
[0071]为了达到纳米片状结构网络和基材之间具有共价键结的目的,制备方法的操作温度需要控制在500至1500°C之间。
[0072]在一较佳实施例,上述的操作温度在750至950°C之间。
[0073]在一实施例,借由持续通入氩气创造隔绝空气的环境。
[0074]在一实施例,作为气相沉积程序所需碳源的碳氢化合物选自下列群组之一或其组合:苯、甲苯和二甲苯。
[0075]在另一实施例,为了达成纳米片状结构网络和基材之间具有共价键结的目的,含硅化合物是四烷基硅化合物。
[0076]在一较佳实施例,含硅化合物是四乙基硅化合物。
[0077]在另一实施例,含硅化合物更包含充填物、黄金、卤化铜或茂金属化合物。
[0078]根据本发明所提供的制备方法所形成的纳米片状结构网络是类石墨烯纳米片状结构网络。
[0079]上述纳米片状结构网络和基材之间具有的共价键结为碳化物共价键结。
[0080]在一实施例,所述的碳化物共价键结选自下列群组之一或其组合:碳-氧-硅键结和碳-硅键结。
[0081]本发明的第三实施方式借由上述第一或第二实施方式所提供的形成纳米片状结构网络在基材上的制备方法进一步提供表面具有纳米结构网络的基材,该纳米结构网络是借由碳化物键结(carbide bond)固定于该基材表面。其中上述的纳米结构网络的拉曼光谱在1594±5cm 1处有G宽带及1338±5cm 1处有D宽带。
[0082]在一实施例,上述的碳化物键结(carbide bond)选自下列群组之一或其组合:碳-氧-娃键结、碳-娃键结、碳-氧-金属键结、碳-金属键结、碳-氮键结和碳-氮-金属键结。
[0083]由于上述的纳米结构网络的拉曼光谱非常类似于石墨烯纳米片状结构的拉曼光谱,所以该纳米结构网络是类石墨烯纳米片状结构网络,具有相似于石墨烯纳米片状结构网络的性质,如优秀的电导性、高导热性质、优异的机械强度、低摩擦系数和良好的防蚀性质;同时,该纳米结构网络又以碳化物键结(carbide bond)固定于基材表面上,因此,具有上述纳米结构网络的表面的基材的安定性优异,可广泛运用在不同产业。
[0084]在一实施例,上述表面具有纳米结构网络的基材用做太阳能电池的组件组成。
[0085]在一实施例,上述表面具有纳米结构网络的基材用做半导体的组件组成。
[0086]在一实施例,上述表面具有纳米结构网络的基材用做光学模块的组件组成。
[0087]在一实施例,上述表面具有纳米结构网络的基材用做防蚀材料的组件组成。
[0088]在一实施例,上述表面具有纳米结构网络的基材用做不沾锅的组成。
[0089]在一实施例,上述表面具有纳米结构网络的基材用做散热模块的组件组成。
[0090]以下利用范例更进一步说明本发明,此处仅是举例说明本发明的实施状态,熟习本技术者可依据这些实施例及范例,进行各种等效改变或修饰,但本发明的范围是以后述的请求范围为基准,不限于这些实施例及范例。
[0091]范例一.以化学气相沉积法制备一种表面具有碳化硅(碳氧化硅)共价键结的类石墨烯纳米片状结构网络的石英板。
[0092]使用固体萘(纯度99%,购至Aldrich)作为化学气相沉积法形成类石墨烯结构在基材上的碳源。首先,将两片厚度为1/16英寸大小为1英寸X 1英寸的石英板和含硅化合物(1克)放入高温炉的石英管中,通入氩气10分钟后,加热高温炉的石英管至温度750°C。以氩气传送萘的蒸气进入温度在750°C的石英管,进行化学气相沉积程序50分钟后,冷却石英管回到室温后取出石英板。图1(a)为石英板的相片;图1(b)为以萘作为碳源并以化学气相沉积法制备成表面具有碳化硅(碳氧化硅)共价键结的类石墨烯纳米片状结构网络的石英板。
[0093]当石英管温度达到500°C以上时,含硅化合物会发生热裂解而产生包括Si (CH3)-0H、H2Si (ch3)2、ch4、CO、和02的气体,上述的气体可以和类石墨烯纳米片状结构网络边缘的碳原子反应形成碳化硅共价键结和碳氧化硅共价键结。因为石英板主要由硅、碳、氧和氮等元素所组成,所以当石英板在750°c或以上时,此温度条件能使石英板和类石墨烯纳米片状结构网络之间产生碳化硅共价键结和碳氧化硅共价键结。
[0094]图2为扫描式电子显微镜的类石墨烯纳米片状结构网络图,其类石墨烯纳米片状结构网络的厚度约为3 μ m。
[0095]上述范例一所制备表面具有碳化硅共价键结的类石墨烯纳米片状结构网络的石英板,该石英板的电阻约在12-24ΚΩ ;此外,该石英板表面的类石墨烯结构网络层无法以强酸或是其他物理力量移除,且在温度在450°C时该石英板表面的类石墨烯纳米片状结构网络层仍具有很好的热稳定性。进一步以AFM分析其Young’ s modulus (杨氏模量)为170GPa,而 Hertzian hardness (赫兹的硬度)为 22.5GPa。
[0096]由于拉曼光谱对于碳元素材料的电子结构变化非常灵敏,因此以拉曼光谱分析石墨烯和相关碳元素材料可得到非常有用的信息;本实验分析所使用的拉曼光谱分析仪为Renishaw lOOOmicrospectrometer,使用的波长为514.5nm。图3 (a)所不为石英的拉曼光谱,作为实验对照组;图3(b)为商业化生产的石墨烯的拉曼光谱,该石墨烯是由氧化石墨烯还原而制成,其拉曼光谱显示在1586cm 1有G宽带(G band)和1348cm 1有D宽带(Dband),而在2703cm1有2D宽带,此外在2934cm1有D+G的结合宽带。图3 (c)为石英表面具有类石墨烯纳米片状结构网络且该结构网络具有碳化键的拉曼光谱。图3(d)为石英表面具有类石墨烯纳米片状结构网络但该结构网络未具有碳化键的拉曼光谱,由图3(c)和图3(d)可清楚观察到G宽带(G band)和D宽带(D band)的存在,且同时亦具有宽广的D+G的结合宽带,此拉曼光谱证明该石英表面确实具有类石墨烯纳米片状结构网络。
[0097]范例二、以化学气相沉积法制备一种表面具有碳化硅(碳氧化硅)共价键结的类石墨稀纳米片状结构网络的??圭晶圆。
[0098]制备方法如范例一所述,基材由石英板改为5圭晶圆,最后得到表面具有碳化石圭(碳氧化硅)共价键结的类石墨烯纳米片状结构网络的硅晶圆,成品如图4(b)所示,即图4(a)为硅晶圆的相片;图4(b)是以萘作为碳源并以化学气相沉积法制备成表面具有类石墨烯纳米片状结构网络的硅晶圆的相片。。
[0099]范例三、以化学气相沉积法制备一种表面具有碳化硅(碳氧化硅)共价键结的类石墨烯纳米片状结构网络的石英板。
[0100]使用苯(纯度99.9%,购至Aldrich)作为化学气相沉积法形成类石墨烯结构在基材上的碳源。首先,将两片厚度为1/16英寸大小为1英寸X 3英寸的石英板放入高温炉的石英管中,通入氩气10分钟后,加热高温炉的石英管至温度950°C。以氩气传送苯和四甲基石圭化合物(Tetramethylorthosilicate)的蒸气进入温度在950°C的石英管,进行化学气相沉积程序60分钟后,冷却石英管回到室温后取出石英板。即得到以苯作为碳源并以化学气相沉积法制备成表面具有碳化硅(碳氧化硅)共价键结的类石墨烯纳米片状结构网络的石英板,成品如图5所示。
[0101]范例四、以化学气相沉积法制备一种表面具有碳化硅(碳氧化硅)共价键结的类石墨烯纳米片状结构网络的石英板。
[0102]使用乙烯(纯度99.5% )作为化学气相沉积法形成类石墨烯结构在基材上的碳源。首先,将两片厚度为1/8英寸大小为1英寸X 1英寸的石英板和含硅化合物(1克)放入高温炉的石英管中,通入氩
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