氮化鋁晶須的生長機(jī)理與抑制方法的研究

氮化鋁晶須的生長機(jī)理與抑制方法的研究摘要：晶須是一種具有高度有序原子排列和完美晶體的單晶。具有高斷裂強(qiáng)度、大彈性模量、耐高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)。采用晶須優(yōu)良的機(jī)械、物理和化學(xué)性質(zhì)，與玻璃、陶瓷、金屬、復(fù)合高分子材料，不僅能提高基材的強(qiáng)度，提高韌性，還能改變其物理和化學(xué)性質(zhì)，增加其功能。氮化鋁材料具有高導(dǎo)熱性、良好的電絕緣性和低熱膨脹系數(shù)，是近年來發(fā)展較快的一種新型材料。氮化鋁晶須不僅具有氮化鋁材料的固有特性，而且具有長徑比、晶體結(jié)構(gòu)完整、內(nèi)部缺陷少、強(qiáng)度高、模量高的特點(diǎn)。因此，氮化鋁晶須是高性能氮化物和陶瓷復(fù)合材料的理想增韌材料。采用預(yù)縮法和碳熱還原法制備了氮化鋁晶須，研究了工藝條件對晶須的組成和表面形貌的影響。結(jié)果表明，當(dāng)原料的比例C3H6N6/Al(N03)3、93=我：3溶液濃度是0.2mo1/L，A1N須前體的合成產(chǎn)率最高，長，薄而均勻大小的前兆，直徑為1-2微米，長度約80微米。樣品的主要成分是AlN，純度高，結(jié)晶度高。增加氮化溫度有利于晶須的形成。氮化1800℃后，產(chǎn)生了大量的AlN晶須，晶須形態(tài)長圓柱表面光滑、均勻尺寸，直徑約為1μm，長10-20微米。在700余熱保存下的碳去除，240分鐘，殘留碳的成分可以清潔所有，得到高純度的氮化鋁晶須。關(guān)鍵詞：氮化鋁晶須；生長機(jī)理；抑制方法

目錄TOC\o"1-3"\h\u75741引言 引言氮化鋁是一種共價(jià)鍵與六角系統(tǒng)錢學(xué)森鋅化合物。本文利用自蔓延高溫合成(SHS)到AlN晶須生長，以其強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，點(diǎn)燃后的原料，以燃燒的形式擴(kuò)散，以維持其持續(xù)的合成反應(yīng)。也就是說，當(dāng)燃燒波向前擴(kuò)散時(shí)，反應(yīng)物繼續(xù)通過燃燒轉(zhuǎn)化為晶須生成物。該方法簡單、高效、節(jié)能，產(chǎn)品純度高、實(shí)用性強(qiáng)。2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法本文采用兩種實(shí)驗(yàn)方法制備氮化鋁晶須。第一個(gè)方法是前兆方法，即三聚氰胺和硝酸鋁為主要原料，混合好的水浴加熱合成前體的氮化鋁晶須形態(tài)，分別不是混合碳、固相，液相混合碳碳作為對比，然后在多功能干混合熱壓燒結(jié)爐氟化鈣作為滲氮的礦化劑治療，終于在關(guān)鍵除了硅碳棒在高溫爐，氮化鋁晶須制備，制備氮化鋁晶須組成和形態(tài)測試分析階段。第二種方法是碳熱還原過程，即氧化鋁，氧化鋁和氫氧化鋁Y為主要原料，添加一定質(zhì)量的活性炭，濕式球磨機(jī)混合方法的使用，制備氮化鋁晶須用于檢測相組成和形態(tài)分析。2.1實(shí)驗(yàn)原料、設(shè)備與儀器2.1.1實(shí)驗(yàn)原料本文所用到的主要實(shí)驗(yàn)原料及其主要性能和產(chǎn)地如表2.1所示：2.1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器(1)晶須前驅(qū)體合成設(shè)備數(shù)字恒溫水浴鍋：hh-4數(shù)顯恒溫水浴是由蘇州雪，儀器設(shè)備有限公司，有限公司，在燒杯中，所需的原材料與一定濃度的混合材料，然后把它放在恒溫水浴，并設(shè)置溫度。電動(dòng)攪拌機(jī)：上海美英儀器制造有限公司生產(chǎn)的jb90-d電動(dòng)攪拌器，可以通過攪拌速度控制晶須前體。(2)原料混合設(shè)備立式高性能球磨機(jī)：由淄博紅精陶瓷有限公司生產(chǎn)的ah2-y立式高性能球磨機(jī)，原料可由濕式球磨機(jī)徹底混合。(3)晶須前驅(qū)體及混合料干燥設(shè)備真空干燥箱：上海儀表廠生產(chǎn)的101-3真空烘箱。通過水浴加熱晶須合成前體，通過在濕球磨球后的高性能混合，需要放置在烘箱烘干中，以排除前體和混合物表面的進(jìn)一步游離水。(4)氮化工藝處理設(shè)備多功能熱壓燒結(jié)爐、生產(chǎn)的新材料研究中心山東大學(xué)多功能熱壓燒結(jié)爐，其性能參數(shù)如下：最高溫度23000c，額定溫度20000c，火電SOKW，額定電壓380v，36v加熱電壓，波長160x180mm大小、加熱元件工作電壓380v，最高工作溫度22000c。前體和混合物的胡須是大氣中氮處理的多功能熱壓燒結(jié)爐。(5)除碳工藝處理設(shè)備硅鋁棒高溫爐：淄博紅精細(xì)陶瓷有限公司，有限公司，生產(chǎn)KSL——II1600快速加熱爐，u型硅鋁棒，12千瓦電力，16000c的最高燒成溫度，升溫速率最高的300c/min，用于去除氮化處理中包含的碳晶須的制備。2.2實(shí)驗(yàn)方法2.2.1前驅(qū)體法在制備氮化鋁晶須的過程中，根據(jù)原料和混合料的混合物，初步工藝可分為三種類型，如圖2.2所示。從圖可以看出第一想法是硝酸鋁和三聚氰胺為主要原料，按一定比例和濃度加熱攪拌，澄清后的解決方案在一定溫度下的幾小時(shí)后氮化鋁前體的合成晶須，干燥箱的前兆，60-80℃烘干，這不是摻雜碳的混合物。可以看到從圖B第二個(gè)想法仍然是硝酸鋁和三聚氰胺為主要原料，按一定比例和濃度加熱攪拌，澄清溶液在一定溫度的水浴經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的晶須合成氮化鋁前體，在干燥箱的前身60-80℃干燥，取一定量的活性炭前體加入干燥后，用濕法混合氧化鋁球球磨、球磨介質(zhì)為無水乙12h，然后混合在60-80℃干燥12h，真空干干燥室中碳的固體混合物。可以看到從圖C第三種想法是硝酸鋁、三聚氰胺和葡萄糖為原料，按一定比例和濃度加熱攪拌，澄清的溶液在一定溫度下合成前體的氮化鋁晶須，干燥箱的前體60-80℃干燥，這是一個(gè)混合的液體混合碳。以上三種思路的后期處理是相同的，即：將干混合物放入石墨橙罐中，氟化鈣為礦化劑，氮化物在多功能熱壓燒結(jié)爐中進(jìn)行。在連續(xù)氮流量下，氮化溫度在1400-18000c和5-6h之間。最后，在高溫高爐硅鋁棒上的反應(yīng)產(chǎn)物，除碳外，除碳、除碳時(shí)間為3~5h外，還可以是氮化鋁晶須。2.2.2碳熱還原法用碳熱還原法制備氮化鋁晶須的工藝流程如圖2-3所示。分別根據(jù)需要一定量的氧化鋁，氧化鋁和氫氧化鋁，y加入一定質(zhì)量比的活性炭，利用濕法混合氧化鋁球球磨、球磨介質(zhì)為無水乙醇，球磨時(shí)間分別為30分鐘，12h和24h，然后混合在真空爐佳能60-80℃干燥放置在災(zāi)難后，石墨與氟化鈣橙色作為礦化劑，在氮化多功能熱壓燒結(jié)爐。下連續(xù)流，氮氮化溫度1400-18000c，滲氮時(shí)間5-6，最終反應(yīng)產(chǎn)物在高溫硅鋁棒爐、600-800℃除碳，碳去除時(shí)間3-Sh，氮化鋁晶須。2.3試樣表征2.3.1X-射線衍射(XRD)分析x射線衍射分析主要是檢測晶體的晶態(tài)、晶粒尺寸和晶體微觀應(yīng)變的大小。每種物質(zhì)都有特定的晶體結(jié)構(gòu)和晶粒大小，它們都與衍射角和衍射強(qiáng)度有關(guān)。在本實(shí)驗(yàn)中，采用日本科學(xué)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的D/max-ra型目標(biāo)X射線衍射儀對樣品進(jìn)行成分分析。制成標(biāo)準(zhǔn)樣品，XRD分析儀掃描分析樣品，CuKa實(shí)驗(yàn)條件，40kv管電壓，電流90ma，掃描速度0.02deg/min。XRD譜圖將得到實(shí)驗(yàn)參數(shù)的XRD譜和標(biāo)準(zhǔn)JCPDS數(shù)據(jù)庫檢索數(shù)據(jù)的比較，以確定樣品的相位。2.3.2掃描電子顯微鏡(SEM)分析掃描電子顯微鏡(sem)是一種用于掃描樣品表面刺激二次電子成像的電子顯微鏡，主要用于研究樣品表面的形貌和組成。通過掃描電子顯微鏡，可以直觀地看到產(chǎn)品的形狀和大小以及粉末的團(tuán)聚。本實(shí)驗(yàn)采用JMS-6380-la掃描電子顯微鏡(sem)制備顆粒尺寸、長度直徑比、晶體形貌和晶須含量等定性和定量分析的晶須，工作電壓為20kv，工作電流1.0x10-10A。此外，樣品表面采用離子濺射金屬噴涂，以防止在放電現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)生掃描。2.3.3光學(xué)顯微鏡分析光學(xué)顯微鏡是可見光的光源，光學(xué)原理用于放大人眼無法分辨的小物體，從而為微結(jié)構(gòu)信息的提取提供光學(xué)儀器。本實(shí)驗(yàn)采用xspb-18b光學(xué)顯微鏡觀察了氮化鋁晶須前體的形貌，確定了晶須前體的直徑和長度。2.3.4差熱一熱孟(TG-DTA)分析TG曲線是記錄質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系曲線。DTA曲線是兩者之間溫度差的關(guān)系曲線，當(dāng)樣品和參考點(diǎn)在相同的環(huán)境下以一定的速率加熱或冷卻時(shí)。熱吸收過程呈現(xiàn)出向下的峰值，放熱過程呈現(xiàn)出向上的峰值。本實(shí)驗(yàn)采用STA449C模型綜合熱分析儀，對樣品進(jìn)行tg-dta分析，將氮化鋁晶須前體磨成粉末混合，取約3mg，升溫速率50c/min，最高測試溫度10000c，載體氣體為氮?dú)?。在試?yàn)過程中，同樣的樣品可以用來獲得熱重和差熱信息，而tg-dta曲線可以獲得熱重變化速率的信息。3結(jié)果與討論3.1溫度對于晶須結(jié)晶形態(tài)的影響比較了不同升華溫度下氮化鋁晶須的形貌。將相同的鎢坩堝形狀固定在真空鍍膜機(jī)的兩個(gè)電極，在氮?dú)夥障?，慢慢加熱?700℃和1900℃度，分別獲得偉大的氮化鋁晶須形態(tài)不同。1700℃下獲得的氮化鋁晶須用肉眼觀察是純白色棉花絮狀物體，顯微鏡觀察從零點(diǎn)幾到幾納米晶須直徑，長度為微米級。和晶體結(jié)構(gòu)得到低于1900℃要好得多，幾乎都是來自亞微米直徑幾微米，長度，大約數(shù)十至數(shù)百微米淡黃色針狀晶須。眾所周知，高溫有利于氮化鋁晶須的生長。3.2鎢坩鍋的密封程度對晶須生長的影響采用半開放鎢坩堝和封閉鎢坩堝在相同條件下進(jìn)行氮化晶須的生長對比試驗(yàn)(加熱溫度為1900，氮?dú)鈮毫?.06x104pa)。在半開放鎢坩堝中，鋁氮化鋁主晶須在坩堝蓋上，尤其在頂部彎曲有大淺黃色透明鋁晶須生成，尺寸較大，肉眼可見。在光學(xué)顯微鏡下，可以清楚地觀察到晶體的形貌。這些晶須是粒狀的，但它們是分散的，不規(guī)則的，沒有塊，如圖4(a)所示。在封閉的鎢坩堝、氮化鋁晶須在體內(nèi)大量結(jié)晶材料，與中間的大多數(shù)，肉眼可以觀察到大量淡黃色塊晶體，觀察發(fā)現(xiàn)氮化鋁晶體的形態(tài)針整齊，晶體結(jié)構(gòu)很好，和有塊形狀，初步形成多晶的趨勢。這是由于物理氣相氮化鋁晶須的方法生長需要一定程度的過度飽和，在密封的鎢坩堝、氣相氮化鋁蒸汽壓大，少與外界空氣對流，熱損失少，形成的小溫差條件穩(wěn)定、有效溫度高，有利于大面積氮化鋁晶須的生長，所以須大小、形狀也很好。3.3生長機(jī)制的研究目前，相對成熟的氮化鋁晶須生長機(jī)制理論模型具有氣相-液相-固相(VLS)機(jī)制和氣相-固相(VS)機(jī)制。在其他文獻(xiàn)[5-8]中詳細(xì)討論了這兩種生長機(jī)制的特征。在江Guojian等使用的傳播方法合成氮化鋁晶須的研究中，發(fā)現(xiàn)水晶的初始階段，一位上了年紀(jì)的男性角色長VLS機(jī)制，在高溫度和保溫時(shí)間的出現(xiàn)，氮化鋁晶須把VLS增長機(jī)制與機(jī)制[7]。同樣，在周海平等中，隨著升華結(jié)晶和碳熱還原過程的氮化鋁晶須生長研究，也認(rèn)為鋁氮化晶須在成核的VLS機(jī)制上，在一個(gè)老年男性的晶體中長大后，生長過程進(jìn)入VS機(jī)制。本研究發(fā)現(xiàn)，由于坩堝、生長溫度和氮壓差在密封程度上的差異，氮化鋁晶須形貌的生長是一個(gè)明顯的差異，因此需要分別討論其生長機(jī)理。3.3.1半開式坩鍋由于半開放坩堝形狀的特點(diǎn)，坩堝內(nèi)外溫差較大，由于材料接觸外面的氣氛，但也不要過高，材料的純度是有很大潛力的，一些雜質(zhì)成分，但由于液相規(guī)模太小，不方便準(zhǔn)確分析的成分，這有待進(jìn)一步的研究。和體內(nèi)物質(zhì)和表面，因?yàn)樾〉臍怏w對流，溫度相對穩(wěn)定，這是固體材料的高溫氣化。3.3.2密閉式坩鍋均勻溫度在坩堝的形狀，表面光滑，六須通常是頂部的金字塔形狀，如圖6所示。由此可以得出，在這種條件下的氮化鋁晶須是VS機(jī)制的產(chǎn)物。3.4生長機(jī)理的探討由于晶體的影響及其周邊環(huán)境相互作用：晶體生長速度在不同的結(jié)晶方向不同，導(dǎo)致不同的相同的材料或不同的物質(zhì)形態(tài)。因此，在理論上，所有的晶體都可以通過控制不同晶體表面的生長速率來產(chǎn)生一維的外觀。晶體的生長通常經(jīng)歷以下三個(gè)階段：(1)溶液的飽和階段，這是晶體生長的必要條件。(2)晶核階段形成，無論在氣相還是液相中，晶體的生長都將經(jīng)歷這個(gè)階段。(3)在晶核生長階段，該階段晶體生長方式與制備條件密切相關(guān)。事實(shí)上，這三個(gè)階段并沒有完全分離，而細(xì)胞核的形成和生長通常是同時(shí)進(jìn)行的。3.4.1晶須生長過程中的影響因素至于晶體的形貌，其內(nèi)部原因是基本的決定因素，而晶體生長過程中的外部環(huán)境因素對晶體的形態(tài)學(xué)影響很大。因?yàn)楣に噮?shù)直接影響晶體的生長行為，進(jìn)而影響產(chǎn)品的形態(tài)。影響晶體生長的主要因素是溫度、過飽和、pH值、雜質(zhì)和結(jié)晶速度。這些因素也適用于胡須的生長。(1)溫度可以改變晶體生長過程中的活化能，從而影響晶體生長的習(xí)慣和質(zhì)量。在不同的溫度下，同一物質(zhì)的晶體，由于其不同的晶體面的相對生長速率，被改變，從而影響晶體的形貌。例如，方解石在較高的溫度下是平的，而在地表水溶液中形成的晶體往往具有拉長的形狀。一般來說，當(dāng)溫度低時(shí)，結(jié)晶過程主要由表面反應(yīng)控制。在高溫下，隨著溫度的升高，生長速率增大，擴(kuò)散成為結(jié)晶過程的控制步驟。此外，晶粒在較高的溫度下具有更好的排斥異物的能力，晶粒質(zhì)量更好。(2)控制溶液的過飽和度是溶液中晶體生長的最關(guān)鍵因素。隨著溶液飽和度的增加，晶體生長速率增加，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些不利影響。由于過飽和度的增加，保持所有的水晶晶體相同的過飽和度條件是困難的，而且更容易進(jìn)入晶體雜質(zhì)也在這個(gè)時(shí)候，使晶體的均勻性遭到破壞，這已經(jīng)造成的破壞晶體生長速率大于光滑的晶體生長速率，因此相對增長率的變化引起的，并將進(jìn)一步影響晶體的生長形態(tài)。(3)溶液中氫離子濃度對晶體生長有顯著影響。pH值對晶體生長過程的影響是相當(dāng)復(fù)雜的，包括影響溶解度、活性影響溶液成分、改變雜質(zhì)、改變晶體吸附、改變晶體相對生長速率，直接或間接影響晶體生長。如果溶液的pH值沒有適當(dāng)調(diào)整，即使其他生長條件合適，它也不能生長出理想尺寸的晶體。(4)雜質(zhì)也是晶體生長的重要因素。在日常生活中，雪花結(jié)晶是最常見的影響晶體形態(tài)的雜質(zhì)的結(jié)晶。雜質(zhì)的影響包括熱力學(xué)，動(dòng)力學(xué)和結(jié)晶學(xué)。雜質(zhì)會(huì)影響溶液的溶解度和性質(zhì)，從而導(dǎo)致晶體生長習(xí)慣的改變。如果溶劑被視為雜質(zhì)，則可歸因于雜質(zhì)的改變。例如，在晶體生長過程中，可以加入少量的水，從而改變?nèi)芤旱娜芙舛群烷g隙，從而促進(jìn)晶體的生長。由于雜質(zhì)的種類和含量的差異，晶體生長過程的影響是非常不同的。因此，我們必須保持實(shí)驗(yàn)中使用的藥品和儀器的清潔，最好避免直接暴露在空氣中。溶液中雜質(zhì)的存在可以選擇性吸附在特定的方向，改變表面能在不同的方向，導(dǎo)致晶體的相對增長率的變化也隨后，反過來，影響晶體形式，不僅體現(xiàn)在對晶體結(jié)構(gòu)的影響，并對晶體的質(zhì)量也有影響。例如，當(dāng)純水的生長時(shí)，氯化鈉的形成是立方晶體，然而，當(dāng)有少量硼酸溶液時(shí)，氯化鈉晶體會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)有八面體形狀的立方體。一般來說，雜質(zhì)對晶體生長的影響可以歸結(jié)為以下三種形式：晶體表面與介質(zhì)表面結(jié)合能的變化。溶液中雜質(zhì)和溶質(zhì)的相互作用使粒子的結(jié)合能發(fā)生變化，影響晶體的溶解度和晶體的生長速率。選擇性吸附。由于晶體具有各向異性的明顯特征，雜質(zhì)可以選擇性地吸附在晶體的不同晶體表面，從而改變晶體表面的相對生長速率。進(jìn)入晶格。當(dāng)雜質(zhì)與晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相似時(shí)，雜質(zhì)更容易進(jìn)入晶體內(nèi)部。相似度越大，雜質(zhì)進(jìn)入晶格就越容易。(5)結(jié)晶速率也影響晶體的形貌。當(dāng)結(jié)晶速度相對較快時(shí)，晶體化中心較多，晶體生長相對較小，常以樹枝狀或針狀晶體形式出現(xiàn)。相反，當(dāng)結(jié)晶速度相對較慢時(shí)，結(jié)晶中心相對較小，晶體生長相對較大，常以直板或長圓柱形晶體形式出現(xiàn)。此外，結(jié)晶速率也影響晶體的純度。在結(jié)晶速度相對較快的情況下，晶體長得很長，通常含有一些雜質(zhì)，導(dǎo)致晶體的純度降低。3.4.2晶須的生長機(jī)制晶須是單晶的一種特殊形式，其生長機(jī)理是以晶體生長的經(jīng)典理論為基礎(chǔ)，另一方面也有其特有的形成機(jī)制。為了探討絡(luò)腮胡的生長機(jī)理，大量的研究工作者進(jìn)行了大量的研究。迄今為止，人們普遍認(rèn)識(shí)到螺位錯(cuò)生長機(jī)制的晶須生長機(jī)制主要包括以下理論：氣體a液體、固體生長機(jī)制、氣體和固體生長機(jī)制以及誘導(dǎo)生長機(jī)制等。（1）螺旋位錯(cuò)生長機(jī)理在1949年，提出了螺位錯(cuò)增長理論。理論認(rèn)為，實(shí)際晶體不完整，因?yàn)樵诰w的制備過程中存在一定數(shù)量的螺位錯(cuò)。由于這些螺旋狀位錯(cuò)，界面上有一個(gè)露點(diǎn)，從而形成了生長臺(tái)階。而在晶體生長過程中，這些生長步驟圍繞著螺旋形位錯(cuò)線旋轉(zhuǎn)，永不消失。這一步可以作為生長源來指導(dǎo)晶體的生長。即使在低飽和度的情況下，晶體仍然可以形成細(xì)胞核并繼續(xù)生長。人螺旋位錯(cuò)理論的基礎(chǔ)上，提出了螺旋位錯(cuò)生長機(jī)制在晶體生長的過程中，由于制備條件和工藝參數(shù)會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的螺旋位錯(cuò)，從而達(dá)到臨界核的大小螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)的界面成為晶體生長的源泉。生長機(jī)制表明晶體生長不需要形成二維晶核，在一定條件下可以連續(xù)生長，晶須本質(zhì)上是螺旋位錯(cuò)延伸的結(jié)果。(2)氣一液一固(VLS)生長機(jī)理VLS的生長機(jī)理首先由Wagner等人提出，在研究硅晶須的生長過程中。許多有價(jià)值的陶瓷晶須的生長機(jī)理與VLS的生長機(jī)理基本一致。其中V代表所提供的氣體，L代表液體催化劑，S代表固相晶須。這一理論是[84]：在氣體介質(zhì)效應(yīng)的反應(yīng)體系中，存在于液滴的原料和固體產(chǎn)物催化劑之間，這使得原料氣，在臨界條件的飽和蒸汽壓下可以通過氣體進(jìn)入液滴內(nèi)部的液體界面。當(dāng)氣態(tài)物質(zhì)達(dá)到一定程度的飽和時(shí)，晶體會(huì)沉淀并沉積在液滴和基質(zhì)的界面上。隨著氣體原料的不斷供應(yīng)，晶須不斷地形成和生長，在這個(gè)過程中，小液滴不斷地生長，直到晶須停止生長。生長機(jī)制的特點(diǎn)是反應(yīng)過程中同時(shí)有一個(gè)氣相和液相，固相成核時(shí)，氣相和液相轉(zhuǎn)移反應(yīng)組件將發(fā)生在晶核的表面氣液固體反應(yīng)，所以原子核是沿特定的方向發(fā)展，迅速成為一線的增長。綜上所述，在VLS生長機(jī)制下的晶須具有典型的形態(tài)學(xué)特征，即在晶須頂部有微小的殘余液滴。VLS的生長機(jī)制如圖所示。(3)氣一固(Vs>生長機(jī)理VS生長機(jī)制的特點(diǎn)是缺乏階段在反應(yīng)的過程中，當(dāng)固相的成核通過氣相氣相傳輸使晶核的表面達(dá)到一定比例和濃度，反應(yīng)組件將發(fā)生在晶核的表面的氣固反應(yīng)。由于晶體具有各向異性的明顯特征，所以固體的反應(yīng)只能在一定的方向上發(fā)生。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，晶體不斷生長，最終形成具有一定直徑比的晶須。在整個(gè)過程中，只有兩種形式的氣相和固相存在，所以晶須的生長與生長機(jī)制有關(guān)。生長機(jī)制與蒸汽的過飽和密切相關(guān)，晶核的形成和晶須的生長需要以最小的過飽和為基本條件。當(dāng)蒸氣過低時(shí)，不能形成晶須。隨著蒸汽過飽和的增加，在反應(yīng)系統(tǒng)中激活了許多小的生長點(diǎn)，這很容易形成細(xì)胞核，然后變成細(xì)小的針狀或輻射的晶須。當(dāng)一個(gè)高度的過飽和蒸汽存在時(shí)，對于次生壁來說，必須要有幾個(gè)星期的時(shí)間點(diǎn)才會(huì)被激活，并且在不同的方向上有分支，所以對于小的晶須或樹枝狀結(jié)構(gòu)的最終表現(xiàn)形式。事實(shí)上，VLS的增長機(jī)制和VS的增長機(jī)制并不是完全獨(dú)立的。當(dāng)反應(yīng)溫度較低時(shí)，由于VLS機(jī)制的活化能相對較低，晶須的生長遵循VLS的生長機(jī)制。當(dāng)反應(yīng)溫度較高，上升的溫度或保溫時(shí)間的延長，因?yàn)橐后w頂部的晶須或不斷地?fù)]發(fā)性雜質(zhì)，氣相直接沉積在晶須的表面，并形成的形狀的晶須有一個(gè)規(guī)則，所以VS效果更加明顯，晶須生長遵循VS生長機(jī)制。可以看出，在高溫條件下，VLS生長機(jī)制可以轉(zhuǎn)化為VS生長機(jī)制。因此，某些晶須的生長過程可以分兩個(gè)階段進(jìn)行。在早期階段，根據(jù)VLS機(jī)制，將VLS機(jī)制轉(zhuǎn)化為VS機(jī)制，并根據(jù)VS機(jī)制對其進(jìn)行生長。(4)誘導(dǎo)生長機(jī)理用電感器合成晶體也很常見。與通常飽和溶液和自發(fā)結(jié)晶的晶體生長相比，晶體的生長過程是不同的。在晶體生長過程的控制下，晶核的形成首先發(fā)生在一個(gè)特定位置的轉(zhuǎn)爐/溶液界面，然后晶體進(jìn)一步長大也是電感或參與的方向。因此，晶體生長過程的生長機(jī)制和晶體類型的形成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、性能和再硫化類型、結(jié)構(gòu)，與化學(xué)和物理性質(zhì)密切相關(guān)。當(dāng)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)過飽和溶液的狀態(tài)，但在核的條件下不相遇，晶體的形成是困難的。因?yàn)槲覀兗尤敕磻?yīng)體系中使用的電感器，這使得誘導(dǎo)劑/解決方案相界面形成的低表面能，增加表面的飽和溶液中，所以它可以誘導(dǎo)晶體中的亞穩(wěn)態(tài)解異相成核，和晶核誘導(dǎo)定向生長，快速增長的晶須。誘導(dǎo)生長機(jī)制與模板法類似，是由晶體生長過程的影響引起的定向生長。然而，兩者是不同的，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：模板法的產(chǎn)品主要是多晶硅，采用誘導(dǎo)方法制備單晶產(chǎn)品。采用空間位電阻來控制產(chǎn)品的整體形狀，但該方法不能保證晶體生長過程中反應(yīng)組分的方向沉積。在晶體生長過程中，誘導(dǎo)器直接作用于誘導(dǎo)物與溶液相之間的界面，引導(dǎo)晶體生長方向，使產(chǎn)品的生長方向一致。3.4.3氮化鋁晶須的生長機(jī)制當(dāng)穩(wěn)定的核形成時(shí)，晶體的生長將表現(xiàn)出明顯的擇優(yōu)取向。也就是說，每個(gè)晶體表面的表面能是不同的，形成了不同的成核和成核的能力。最后一部分增長最快的近表面原子的暴露面須?？梢姡煌愋偷木ы毦哂胁煌纳L模式，具有不同的形態(tài)特征。在許多晶須中，氮化鋁晶須是一種極具吸引力的新材料。六角系統(tǒng)的氮化鋁是一種典型的結(jié)構(gòu)，其核具有一定的晶體形式，因此在低過飽和度的氮化鋁晶體核將顯示明顯的各向異性，這使得氮化鋁分子在反應(yīng)系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)增長的習(xí)慣吸附在特定的核心位置。4總結(jié)從現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道來看，目前IAN晶須的制備方法主要有以下幾種：(1)高純鋁粉在流動(dòng)氮?dú)鈿夥諚l件下蒸發(fā)氮化并沉積生長為IAN晶須。(2)鋁粉在高壓高純氮?dú)鈿夥障伦月雍铣葾IN晶須。(3)AIN粉末在高純氮?dú)鈿夥諚l件下蒸發(fā)凝聚而獲得AIN晶須的方法。(4)化學(xué)氣相沉積(evD)的方法。(5)1A2O3粉與含碳物質(zhì)混合在氮?dú)鈿夥諚l件下的碳熱還原法。從制備手段的難易程度和生產(chǎn)成本來看，碳熱還原法制備的AIN晶須，目前具有比較大的潛力。在不同技術(shù)基礎(chǔ)上的晶須生長有不同的機(jī)理，一般來說，粉末蒸發(fā)凝結(jié)和氮化硅晶須的蒸發(fā)沉積主要是由于螺型位錯(cuò)對機(jī)制和生長的存在而引起的。