中國(guó)粉體網(wǎng)訊  氮化鋁(AlN)具有較高的熱導(dǎo)率,、較低的介電常數(shù),、可靠的電絕緣性,、良好的力學(xué)性能以及與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)良的物理化學(xué)性能,，是目前最為理想的高性能陶瓷基板和封裝材料，已經(jīng)成為新材料領(lǐng)域的一大熱點(diǎn),。

氮化鋁晶須,，其性能可接近理論值

AlN陶瓷晶格中固溶的雜質(zhì)原子，尤其是氧原子,，對(duì)AlN的熱導(dǎo)率具有極大影響,，致使AlN多晶陶瓷的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)未達(dá)到理論熱導(dǎo)率。晶須是一種引人注目的新興材料,，晶須是指具有一定長(zhǎng)徑比（一般大于10）和截面積小于50X10^-5cm²的單晶狀纖維材料,。

（圖片來(lái)源：上海超威納米科技有限公司）

自從Kohn發(fā)現(xiàn)AlN晶須以來(lái)，人們開(kāi)始關(guān)注這種晶體結(jié)構(gòu)較為理想的單晶體,。由于晶須很低的雜質(zhì)含量和很少的晶格缺陷,，使其有可能達(dá)到或接近理論熱導(dǎo)率以及接近其完整晶體材料理論值的強(qiáng)度和模量。以增強(qiáng)劑的形式與玻璃,、陶瓷,、聚合物等形成復(fù)合材料，不僅可以提高基體材料的強(qiáng)度和韌性,，而且提高介電性能等,。

合成方法

1、直接氮化法

直接氮化法是制備AlN晶須的一種常用方法,。該方法以Al粉為原料,，通過(guò)Al粉與氮?dú)庵苯臃磻?yīng)合成AlN晶須。在晶須制備的過(guò)程中,，由于鋁粉氮化反應(yīng)劇烈放熱,，易導(dǎo)致鋁粉結(jié)塊，造成鋁粉氮化不完全,。嘗試在直接氮化法制備氮化鋁晶須時(shí)加入分散劑,，如AlN粉體及NH₄Cl等，以避免鋁粉結(jié)塊,。

直接氮化法制備AlN晶須具有成本低和工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),，適合大規(guī)模制備AlN晶須,。然而，在氮化過(guò)程中鋁粉熔化結(jié)塊,，導(dǎo)致原料的氮化率低,，產(chǎn)物的純度低。通過(guò)向原料中加入分散劑可以在一定程度上提高鋁粉的轉(zhuǎn)化率,。但該方法也存在以下不足：1）增加了原料成本,；2）向反應(yīng)體系中引入了雜質(zhì)。因此,，尚需進(jìn)一步尋找更好的分散劑并優(yōu)化生產(chǎn)工藝來(lái)提高直接氮化法制備AlN晶須的質(zhì)量,。

2、還原氮化法

還原氮化法是一種常見(jiàn)的AlN制備方法,。該方法通過(guò)Al₂O₃與還原劑(碳,、氫氣或氨氣等)發(fā)生還原反應(yīng)，還原產(chǎn)物再與氮源(氮?dú)饣虬睔獾?發(fā)生氮化反應(yīng)生成氮化鋁,。

碳熱還原氮化法制備AlN晶須的工藝較為成熟,，合成晶須的形貌較好，是目前商業(yè)生產(chǎn)AlN晶須應(yīng)用較多的一種方法,。但利用該方法制備AlN晶須需要較高的反應(yīng)溫度,，通常為1500～1800℃。為了降低反應(yīng)溫度,，研究人員通常加入一些特殊的鹽類或金屬等可以與體系內(nèi)的其他成分形成低熔點(diǎn)物相為催化劑,，通過(guò)VLS生長(zhǎng)機(jī)制推動(dòng)反應(yīng)在較低溫度下進(jìn)行。但催化劑的加入會(huì)向體系中引入雜質(zhì),，影響AlN晶須的純度,。以氫氣為還原劑可以在相對(duì)較低的溫度下合成AlN晶須，但氫氣的價(jià)格相對(duì)較高,，氫熱還原過(guò)程較為危險(xiǎn),，其工藝條件尚需進(jìn)一步的優(yōu)化。

3,、燃燒合成法

燃燒合成法的原理和直接氮化法基本相同,，均是利用金屬鋁為原料直接和氮?dú)夥磻?yīng)。與直接氮化法相比,，燃燒合成法具有反應(yīng)速度快及能耗低的特點(diǎn),，但燃燒合成法反應(yīng)進(jìn)行地更為劇烈。目前,，研究人員對(duì)這種方法的反應(yīng)過(guò)程研究不足,，尚難以對(duì)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行有效地控制。另外,，該方法所制備的AlN晶須的形貌不均一,。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前,，AlN晶須的研究依然面臨著以下幾個(gè)問(wèn)題；1）低成本大規(guī)模地合成高純AlN晶須難以實(shí)現(xiàn),；2）關(guān)于AlN晶須應(yīng)用的研究相對(duì)較少,，大多停留在實(shí)驗(yàn)室制備階段，AlN材料易水化是造成這個(gè)問(wèn)題的原因之一,；3）雖然大部分AlN晶須的合成機(jī)制被歸結(jié)為VLS或VS生長(zhǎng)機(jī)制,，但對(duì)其具體過(guò)程的研究依然不足，不能指導(dǎo)AlN晶須的高效可控制備,。

參考來(lái)源：

[1]王森等.氮化鋁晶須制備研究進(jìn)展

[2]賈婧等.氮化鋁晶須的制備工藝研究

[3]賈婧.氮化鋁晶須的制備技術(shù)研究

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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