中國粉體網(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，人們開始關(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Al粉與氮?dú)庵苯臃磻?yīng)合成AlN晶須。在晶須制備的過程中，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的AlN制備方法。該方法通過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VLS生長機(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)過程研究不足，尚難以對(duì)反應(yīng)過程進(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
當(dāng)前，AlN晶須的研究依然面臨著以下幾個(gè)問題；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生長機(jī)制，但對(duì)其具體過程的研究依然不足，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
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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