氮化鋁納米晶須的微反應器燃燒合成機理及其結構控制

《氮化鋁納米晶須的微反應器燃燒合成機理及其結構控制》是依託西安交通大學，由史忠旗擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：氮化鋁納米晶須的微反應器燃燒合成機理及其結構控制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：史忠旗
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

尋求一條快速低成本的合成路徑來控制合成AlN納米結構材料一直是材料科學領域的難點和熱點之一。最近，申請人通過一種獨特的微反應器燃燒合成法，在Al粉原料上原位合成出具有一致形貌的AlN納米晶須，解決了傳統燃燒合成法製備AlN粉體形貌一致性差的難題。本項目針對此新工藝，重點研究燃燒合成過程中微反應器的形成過程及其內部反應機理，闡明AlN納米晶須的生長機制，在此基礎上有針對性地研究各燃燒反應工藝參數對微反應器形成及產物形貌的影響規律，並通過調控工藝參數來改變晶鬚生長微區環境的方法實現對晶須結構的控制。.通過研究，揭示該工藝的本質特徵，建立AlN納米晶須的生長機制，闡明各燃燒反應工藝參數對微反應器形成及產物形貌的影響規律，為該方法製備結構可控、品質更優的一維AlN納米材料提供理論和實驗指導，加快實現該工藝工業化生產和實際套用進程。

結題摘要

本項目對AlN 納米晶須的微反應器燃燒合成機理及其結構控制進行了深入研究。首先利用線彈性斷裂力學分析結合燃燒反應過程溫度–時間歷程曲線研究了Al/AlN 核–殼結構的形成機理，揭示了微反應器形成的本質特徵。其次，通過氣體釋放的燃燒波淬熄技術獲得AlN 納米晶須在微反應器燃燒合成過程中的物相變化及微觀形貌轉變的細節信息，揭示了微反應器內部的反應機理及晶須形成過程，掌握了微反應器內部晶鬚生長環境特徵，並從晶體生長學角度對AlN 納米晶須的生長機理予以解釋，建立其生長模型。再次，通過化學反應熱力學和動力學計算，確定了AlN 稀釋劑比例、催化劑（如NH4Cl 等）添加量以及氮氣壓力等主要工藝參數能夠選取的範圍，隨後在此範圍內通過設計正交實驗，闡明了各燃燒反應工藝參數對微反應器形成及產物形貌的影響規律，並通過調控燃燒工藝參數來改變晶鬚生長微區環境的方法，獲得了不同直徑及長度的AlN納米晶須，實現了晶須結構的控制。在此基礎上，對微反應器燃燒合成工藝進行擴展，通過特殊的實驗手段對微反應器內微區環境進行調控，分別製備出了具有均一形貌的花狀、空心球狀及球形結構AlN亞微米級粉體，進一步擴展了燃燒合成法製備AlN粉體的潛在套用領域。另外，本項目也在燃燒合成製備Ni/Al層狀複合材料及其反應機理、AlN基陶瓷材料的燒結及性能研究等方面進行了有益探索，取得了一些進展。總之，通過本青年基金研究，一定程度上揭示了AlN納米晶須的微反應器燃燒合成機理，基本實現了AlN產物的形貌控制，為豐富納米材料體系可控生長新技術提供了實驗和理論依據。