一維納米材料

1、一維納米材料的制備一維納米材料的制備1.碳納米管的制備 1.1電弧法（石墨電弧法和催化電弧法） 1.2碳?xì)浠衔锎呋纸夥?1.3等離子體法 1.4激光法 1.5微孔模板法等2.碳納米管的純化 2.1氣相氧化法 2.2液相氧化法 2.3溴化氣相氧化法3.納米棒、納米絲和納米線的制備 3.1激光燒蝕法與晶體生長的氣-液-固( VLS) 相結(jié)合法 3.2蒸發(fā)冷凝法 3.3 氣-固生長法 3.4溶液-液相-固相（SLS）法 3.5金屬有機(jī)化合物氣相外延與晶體的氣液固生長法相結(jié)合法 3.6模板法（碳納米管、多孔氧化鋁和聚合物模板法等） 3.7溶膠-凝膠與碳熱還原法（合成碳化硅和氮化硅納米線）4.同軸電

2、纜的制備1991年發(fā)現(xiàn)碳納米管（Iijima S. Nature. 1991,354:56)一維納米材料在介觀領(lǐng)域和納米器件有重要應(yīng)用前景，它可用作掃描隧道顯微鏡 （STM）的針尖、納米器件和超大規(guī)模集成電路中的連線、光導(dǎo)纖維、微電子學(xué)方面的微型鉆頭以及復(fù)合材料的增強(qiáng)劑等。本章主要介紹碳納米管、納米棒、納米絲和同軸納米電纜的制備。1 納米碳管的制備NTs是1991年飯島首次在電弧放電法制備富勒烯(Fullerene)的陰極沉積物中發(fā)現(xiàn)的。目前，發(fā)展了多種制備方法，主要有電弧法、催化法、微孔模板法、等離子法、激光法、電解合成法等。1.1 電弧法（1）石墨電弧法 此方法原本用來生產(chǎn)Fulleren

3、e。原理是在真空反應(yīng)室中充以一定壓力的惰性氣體，采用面積較大的石墨棒(直徑20mm)作陰極，面積較小的石墨棒(直徑10mm)作陽極。在電弧放電過程中，兩石墨電極間總保持1mm的間隙，陽極石墨被消耗，在陰極和電極室的壁上沉積出含有NTs、 Fullerene、石墨微粒、無定形碳等微粒。石墨電弧法實(shí)驗(yàn)裝置圖石墨電弧法的工藝參數(shù)關(guān)鍵的工藝參數(shù)：電弧電流及電壓、惰性氣體種類及壓力、電極的冷卻速度等。電弧電流一般為70200A、放電電壓為2040V。若電弧電流低，有利于NTs生成，但電弧不穩(wěn)定；若電弧電流高，NTs與碳的其他納米微粒融合在一起，給純化處理帶來困難。惰性氣體可用He、Ar、N2，最佳氣體是

4、He，最佳壓力是66661Pa?？傮w上，高氣壓低電流有利于生成NTs。石墨電弧法的特點(diǎn)1.經(jīng)過改進(jìn)和優(yōu)化制備條件，陰極沉積物的NTs含量可達(dá)60%。2.電弧法制備的一般都是MWNTs，且尺寸小（長度1 m）3.陰極沉積物沉積時(shí)溫度高(4000K),導(dǎo)致MWNTs缺陷多，且與其他副產(chǎn)物燒結(jié)在一起，對隨后的分離和提純不利。4.但目前仍然是制備MWNTs的主要方法，因?yàn)榇朔椒ê苋菀桩a(chǎn)生制備NTs所需的高溫。石墨電弧法的機(jī)理Iijima認(rèn)為是NTs按外延生長模式機(jī)理生長的，氣相碳原子簇不斷加到具有懸空鍵的開口端的碳原子上，NTs不斷生長，最后形成密閉碳管。插入反應(yīng)模式：認(rèn)為NTs生長是通過碳原子簇直接

5、插入具有化學(xué)活性的石墨網(wǎng)絡(luò)中的。電場模式：Gamaly則認(rèn)為,在電弧放電過程中，陰極表面存在兩種不同的碳物質(zhì)各向異性碳離子和各向同性的氣相碳原子簇，在電場的作用下各向異性的碳離子導(dǎo)致NTs生長，從而在NTs中引進(jìn)了一個(gè)關(guān)于反應(yīng)坐標(biāo)的對稱軸，各向同性的碳原子簇則傾向于生成無對稱軸的多面體碳晶體納米微粒。這種碳物質(zhì)的兩種分布模式，剛好與電弧法中兩種的晶體產(chǎn)物-納米碳管和多面體納米微粒相對應(yīng)。 （2）催化電弧法催化電弧法是在石墨電弧放電法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在陽極中以不同的方式摻雜不同的金屬催化劑（如Fe、Co、Ni、Y等），利用兩極的弧光放電來制備納米碳管。其實(shí)驗(yàn)裝置與石墨電弧法基本相同。催化電弧

6、法主要用來制備單壁碳納米管。能實(shí)現(xiàn)對SWNTs的連續(xù)化、大批量的生產(chǎn)。Supapan Seraphin等將金屬粉末與石墨粉末以丙酮調(diào)和成混合物裝入事先已打好孔的石墨陽極的孔中，經(jīng)過放電可以得到SWNTs.Chem. Phys. Lett.( 1994, 217:191)Iijima將直徑為20nm的陰極碳棒的中心鉆一小洞，洞中填塞金屬鐵的粉末，在電弧放電所形成的高溫條件下，同時(shí)產(chǎn)生碳和鐵的蒸氣相，蒸氣相的鐵作為均相催化劑，催化吸附由石墨碳棒形成的氣相碳并生成SWNTs，然后與煙灰一起沉積在真空室壁上。Iijima s, Ichihashi T. Nature. 1993,363:6031.2

7、碳?xì)浠衔锎呋纸夥?0年代，采用金屬(Fe、Co、Ni、Cr)作催化劑熱分解碳?xì)浠衔镆灾苽涮祭w維。受此啟發(fā)，由于NTs和碳纖維在形貌上的相似性，發(fā)展了碳?xì)浠衔锎呋纸夥ㄖ苽銷Ts。Jose-Yacamdn等首先用這種方法制備了NTs，其長度達(dá)50m.(Appl. Phys. lett.,1993,62,657)李文治用催化熱分解的方法，以包含有納米鐵微粒的中介多孔二氧化硅為基質(zhì)，通入含9% 乙炔的氮?dú)猓笠?guī)模制備了排列整齊的單壁納米碳管。(Science，1996, 274: 1701)反應(yīng)裝置：石英管作為反應(yīng)器放入管式爐中，將一瓷舟置于石英管中，瓷舟底部鋪上一層采用浸漬法制備的負(fù)載在石

8、墨粉或硅膠上金屬催化劑。反應(yīng)混合氣（含2.510%乙炔的氮?dú)庖?.150.59molC2H2g-1h-1的速率通過催化床，溫度為7731073 K，反應(yīng)時(shí)間由催化劑用量，混合氣流速和反應(yīng)溫度而定，從幾十分鐘到幾個(gè)小時(shí)不定。催化劑的種類和制備方法、載體、乙炔的比例和流速、反應(yīng)溫度等對所生成的NTs的數(shù)量、質(zhì)量、內(nèi)外徑、長度都有影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用鐵和鈷作催化劑時(shí)制備的NTs含量高、質(zhì)量好。催化劑可以是多種形式的，可以是負(fù)載型的，也可以是固溶體、篩網(wǎng)、純金屬或合金。所用混合氣一般為C2H2+N2， 也可以用苯和氫氣。特點(diǎn)與電弧法相比，碳?xì)浠衔锎呋纸夥ㄖ苽涞腘Ts長度可達(dá)50m,產(chǎn)量大。NTs

9、的含量高，可達(dá)65%，生產(chǎn)方法簡單，便于控制，重復(fù)性好。同電弧法一樣，碳?xì)浠衔锎呋纸夥ㄖ苽涞漠a(chǎn)品中共存有幾種不同結(jié)構(gòu)形式的碳。無定型碳、碳纖維、納米級的石墨微粒和NTs。機(jī)理金屬粒子存在不同取向的晶面，只有那些晶格常數(shù)合適的晶面對碳?xì)浠衔锏奈椒纸饩哂谢钚?。生成NTs的關(guān)鍵步驟是碳?xì)浠衔镌诮饘俚幕钚跃嫔衔讲⒎纸?，生成碳原子簇，這些碳原子簇溶解在（液體）金屬中并從活性晶面通過金屬粒子體相擴(kuò)散至對應(yīng)的另一端晶面，在對應(yīng)的另一端晶面上沉積并形成NTs或碳纖維。所以生成的NTs一端向空中伸展，另一端則連接在催化劑顆粒上。擴(kuò)散動力學(xué)的來源：濃度梯度說，認(rèn)為吸附、分解生成的碳原子簇在具有活性晶

10、面上的濃度大于對應(yīng)的另一端面上的濃度，從而推動碳原子簇從金屬（液體）的一面向另一晶面的擴(kuò)散；溫度梯度說，從熱力學(xué)上來看，在具有活性的晶面上進(jìn)行的碳?xì)浠衔锏奈健⒎纸馐欠艧徇^程，而碳原子簇在對應(yīng)的另一端晶面上沉積是吸熱過程，溫差的存在推動了碳原子簇的擴(kuò)散；濃度梯度和溫度梯度共同作用說；生成碳化物說，在氣相和金屬晶面之間的界面上生成了金屬碳化物相，該物相的存在推動了碳原子簇?cái)U(kuò)散的進(jìn)行。1.3等離子體噴射沉積法將苯蒸氣通過等離子體分解后產(chǎn)生碳原子簇沉積于水冷銅板上，得到長度可達(dá)200m的NTs。該方法中MWNTs的生長按外延模式進(jìn)行。1.4 激光蒸發(fā)氣相催化沉積法Bandow( Phys. Rew

11、. Lett. 1998,80:3779)在氬氣氣流中用激光蒸發(fā)含有Fe/Ni的碳靶的方法制備除了直徑范圍在0.811.51nm的SWNTs。并研究了SWNTs的直徑與其生長溫度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn) 隨 著 生 長 溫 度 （ 8 5 0 -1050）升高直徑增大。Thess ( Science 1996, 273: 483) 在1200 下用激光蒸發(fā)石墨、鎳、鈷的混合物然后再沉積的方法，制備出高純度、無缺陷的SWNTs.1.5 微孔模板法 利用內(nèi)徑為0.73nm的微孔AlPO4-5晶體作模板，在真空和溫度為35450條件下，三丙基胺在AlPO4微孔中裂解后于500800 生成SWNTs。所制備的

12、SWNTs的最小直徑為0.3 nm。這可能是迄今為止所報(bào)道的最小直徑的SWNTs。但該法制得的SWNTs只能穩(wěn)定存在于晶體微孔中，離開晶體就不穩(wěn)定了。其它制備方法還有液氮放電法、聚合物熱解法等。但目前實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的還只有電弧法，碳?xì)浠衔锎呋纸夥ㄓ捎谏傻腘Ts長，產(chǎn)量大、含量高，也是有應(yīng)用前途的一種方法。目前除碳納米管外，還合成了WS2、MoS2、BN、Na2TiO3、NiCl2等納米管。1.碳納米管的制備 1.1電弧法（石墨電弧法和催化電弧法） 1.2碳?xì)浠衔锎呋纸夥?1.3等離子體法 1.4激光法 1.5微孔模板法等2 納米碳管的純化目前納米碳管的大量制備仍然以電弧放電法和碳?xì)浠?/p>

13、合物催化裂解法為主。無論哪一種方法制備的納米碳管，都伴隨有無定形碳微粒、無定形碳纖維、石墨微粒等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)與納米碳管混雜在一起，且化學(xué)性質(zhì)相近，給納米碳管的性質(zhì)表征和應(yīng)用研究帶來不便，因而需要對納米碳管進(jìn)行純化。2.1 氣相氧化法由于納米碳管與其副產(chǎn)物在化學(xué)性質(zhì)上非常接近，所以用溶解過濾、層析分離以及溶解在有機(jī)溶劑中用超聲波處理后再離心分離等都達(dá)不到純化的目的。氣相氧化法可以使納米管的封閉端口變?yōu)殚_口（端口與管壁活性差異），受其啟示可以采用氣相氧化的方法純化納米碳管（非晶碳簇、石墨微粒、多面體結(jié)構(gòu)、碳纖維）。氣相氧化法的純化機(jī)理碳納米管具有完整六元環(huán)結(jié)構(gòu)的柱面上的碳原子與兩端半球面和粗產(chǎn)品

14、中納米（石墨、多面體）微粒以及無定型碳對氧的反應(yīng)活性不一樣。其中無定型碳的耐氧化性最差，最易被氧化而除去，而納米碳管的兩端和納米微粒都有局部的劇烈彎曲和非六元環(huán)造成的缺陷，且納米微粒邊緣還有較活潑的懸空鍵存在，相對于完整的納米碳管而言，這些部位具有較強(qiáng)的反應(yīng)活性。因此在高溫氧化的過程中，一般情況下無定形碳首先被氧化除去，最后只留下具有完整碳原子六元環(huán)結(jié)構(gòu)的柱面，此時(shí)氧原子與碳原子的反應(yīng)就變得慢下來，適時(shí)停止氧化就可以得到提純的納米碳管。氣相氧化純化的方法和條件是將納米碳管的粗產(chǎn)品研磨后放入石英管中，溫度為750 ，在空氣或氧氣流中，氧化時(shí)間為30min.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過此方法，粘附在碳納米管

15、上的微粒和其他雜質(zhì)可除去，但氧化失重達(dá)99%， 只剩下1%長徑比大于100的納米碳管，氣相氧化法雖然達(dá)到了純化目的，但產(chǎn)率太低。原因：（1）納米碳管與共存的具有石墨晶體結(jié)構(gòu)的碳納米微粒在氧化反應(yīng)活性上差異很小，在除去碳微粒的同時(shí)，納米碳管也因氧化而變短，從而使長徑比小于100的納米碳管都被氧化。（2）納米碳管與碳微粒攪合聚集在一起使得氧不能均勻地到達(dá)每一處從而影響了純化效果。在高溫氧化過程中，一般情況下無定型碳首先被氧化而除去，緊接著納米碳管的兩端和納米微粒亦被氧化而除去，最后只留下具有完整碳原子的六元環(huán)結(jié)構(gòu)的柱面，此時(shí)氧原子與碳原子的反應(yīng)就慢了下來，適時(shí)停止氧化就可以得到提純的納米碳管。事實(shí)

16、上，當(dāng)碳納米管在空氣中高溫氧化時(shí)并不都是從兩端開始的，這是因?yàn)閷?shí)際制備的碳納米管存在著結(jié)構(gòu)缺陷，因此碳納米管在氧化處理中的穩(wěn)定性可在一定程度上反映出碳納米管缺陷的多少和質(zhì)量的優(yōu)劣。2.2 液相氧化法方法是將碳納米管粗產(chǎn)品分散于具有較強(qiáng)氧化性的濃酸（H2SO4或HNO3或H2SO4+KMnO4等）中回流，氧化除去碳納米管中的副產(chǎn)物。與氣相氧化法相比，液相氧化法作用均勻，純化后碳納米管為純化前粗產(chǎn)品的40%。液相反應(yīng)法改變了碳納米管的表面結(jié)構(gòu)，在碳納米管表面產(chǎn)生了許多酸性功能基，如-COO-,這對碳納米管在電學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)方面的應(yīng)用不利，卻有利于碳納米管在化學(xué)尤其是多相催化領(lǐng)域的應(yīng)用，因?yàn)檫@有利

17、于金屬對其表面進(jìn)行修飾。2.3溴化氣相氧化法室溫下，石墨浸入液態(tài)溴中，溴原子會插入石墨層中，生成C8Br，從而使石墨層間距膨脹，0.334nm1.03nm。Chen等認(rèn)為，溴可以通過納米微粒敞開的邊緣或結(jié)構(gòu)缺陷插入無定形碳或石墨的納米微粒中，使其膨脹破碎后，產(chǎn)生更具有反應(yīng)活性的碎片或破壞結(jié)構(gòu)由于隨后的氣相氧化進(jìn)行。3 納米棒、納米絲和納米線的制備準(zhǔn)一維實(shí)心的納米材料是指在兩維方向上為納米尺度，而長度比上述兩維方向上的尺度大得多，甚至為宏觀量的納米材料。長徑比小的稱為納米棒（Nanorods)，長徑比大的稱為納米絲(Nanowires)。至今，關(guān)于納米棒和納米絲的區(qū)別沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的把長徑比

18、為50作為區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)。也可以把長度小于1m的稱為納米棒，長度大于1m的稱為納米絲或線。半導(dǎo)體和金屬納米線通常稱為量子線。目前，已制備出金屬、半導(dǎo)體、合金、以及聚合物的納米線。包括：Si、Ge、GaAs、SiO2、Cu、Ni、Co、Sn、Bi、Ag、PbSe、CdS、聚乙炔等。3.1激光燒蝕法與晶體生長的氣-液-固( VLS)法相結(jié)合法下圖為Lieber等提出的用納米團(tuán)簇催化法制備納米線的方案設(shè)想。液態(tài)催化劑納米團(tuán)簇限制了納米線的直徑，并通過不斷吸附反應(yīng)物使之在催化劑-納米線界面上生長，納米線一直生長，直到液態(tài)催化劑變?yōu)楣虘B(tài)。納米團(tuán)簇催化制備納米線方案示意圖由于平衡熱力學(xué)的限制，液態(tài)金屬團(tuán)簇有一個(gè)

19、最小半徑。minLL2/(ln)RTLVLVrVRTV式中液氣表面自由能摩爾體積摩爾氣體常數(shù)絕對溫度氣相過飽和度典型數(shù)值代入可得到最小半徑的數(shù)量級為0.2m。利用激光燒蝕法能克服平衡態(tài)下團(tuán)簇的尺寸限制，而該液相催化劑限定了后續(xù)按VLS機(jī)理生長的線狀產(chǎn)物的直徑。3.1.1激光燒蝕法與晶體生長的氣-液-固( VLS)法相結(jié)合，生長Si、Ge納米線。（1）Fe催化劑制備Si納米線原料選?。河眉す庹舭l(fā)放置于石英管內(nèi)組成為Si0.9Fe0.1的靶材，石英管由外面的爐子加熱，石英管內(nèi)達(dá)到真空度( 3MPa）后，充入Ar載氣。硅納米線的生長可分為兩個(gè)階段：FeSi2液滴的成核和長大；以及基于VLS機(jī)制的硅納

20、米線的生長。在激光燒蝕作用下，Si1-xFex靶中的Si和Fe原子被蒸發(fā)出來，它們與載氣中的Ar原子碰撞而損失熱運(yùn)動能量，使Fe、Si蒸氣迅速冷卻成過冷氣體，促使液滴（FeSi2）自發(fā)成核。硅納米線生長示意圖T1為恒溫區(qū)溫度T2為FeS2液滴的凝固溫度當(dāng)載氣將在區(qū)域中形成的FeSi2液滴帶入?yún)^(qū)域時(shí)（圖中區(qū)域的溫度 FeSi2液滴的凝固溫度T2），由于區(qū)域中Si原子濃度相對較高， FeSi2液滴吸收過量硅原子（過飽和狀態(tài)）將從液滴中析出，形成納米線。在區(qū)域中FeSi2保持液態(tài)，上述過程不斷發(fā)生，維持Si納米線不斷生長。當(dāng)載氣將Si納米線和與之相連的FeSi2液滴帶出區(qū)域后，由于區(qū)域的溫度低于T2

21、，液滴將凝固成FeSi2顆粒，于是硅納米線停止生長。3.1.2用Au催化劑制備Si納米線3.1.3用Au催化劑制備半導(dǎo)體GaAs納米線3.2 蒸發(fā)冷凝法制備Si納米線，具體實(shí)驗(yàn)方法：將經(jīng)過8h熱壓的靶(95%Si、5% Fe)置于石英管內(nèi)，石英管一端通入Ar作為載氣，另一端以恒定速率抽氣，整個(gè)系統(tǒng)在1200恒溫20h后，在收集頭附近管壁上可收集到直徑153nm，長度從幾十微米到上百微米的Si納米線。（1）石英管內(nèi)氣壓對納米線的直徑有很大影響，隨著氣壓升高，納米線的直徑有明顯的增大。（2）催化劑是Si納米線生長的必需條件。3.3 氣-固生長(VS) 法1997年哈佛大學(xué)yang等，用改進(jìn)的晶體氣

22、-固生長法制備了定向排的MgO納米絲。具體制備：用1：3質(zhì)量比混合的MgO粉與碳粉作為原料，放入管式爐中部的石墨舟內(nèi)，在高純流動Ar氣保護(hù)下。將混合粉末加熱到約1200，則生成的MgO蒸汽被流動的Ar氣傳輸?shù)竭h(yuǎn)離混合粉末的納米絲“生長區(qū)”，在生長區(qū)放置了提供納米絲生長的MgO(001)襯底材料，該材料先用0.5 mol/L的NiCl2溶液處理1-30min，在其表面上形成了許多納米尺度的凹坑或蝕丘。 Mg：1107 MgO：3600 MgO蒸氣被輸運(yùn)到這里后，首先在納米級凹坑或蝕丘上形核，再按晶體的氣-固生長機(jī)制在襯底上垂直于表面生長，形成了直徑為740nm、高度達(dá)13m的MgO納米絲“微型森

23、林”。在這里，凹坑或蝕丘為納米絲提供了形核位置，并且它的尺寸限定了MgO納米絲的臨界形核直徑，從而使MgO生長成直徑為納米級的絲。3.4溶液-液相-固相（SLS）法美國華盛頓大學(xué)Buhro等用SLS法，在低溫下（165-203）合成了-族化合物半導(dǎo)體（InP、InAs、GaP、GaAs）。納米線多為多晶或近單晶結(jié)構(gòu)。尺寸分布范圍較寬，其直徑為20-200nm、長度約為10m。3.5金屬有機(jī)化合物氣相外延與晶體的氣-液-固生長法相結(jié)合日本日立公司，GaAS和InAs納米線Au/In3.6模板法采用納米級多孔物質(zhì)作為納米線（棒）生長的模板。模板按材料可以分為碳納米管模板法、多孔陽極氧化鋁模板法、聚

24、合物膜模板法和生命分子模板法。（1）碳納米管模板法用碳納米管為模板可合成多種碳化物或氮化物的納米絲和納米棒。最早的工作：1994年，Zhou (Chem. Phys. Lett. 1994，222:223)等用碳納米管作為先驅(qū)體，在流動Ar氣保護(hù)下讓其與SiO氣體于1700反應(yīng)，合成了長度和直徑均比碳納米管大一個(gè)數(shù)量級的實(shí)心、“針狀”SiC晶須，反應(yīng)式為：)()()()(2VCOSSiCVSiOSC1995年，Dai (Natrue,1995,375:769)等將碳納米管與具有較高蒸氣壓的氧化物或鹵化物反應(yīng)，成功合成了直徑為230nm， 長度為20 m的碳化物 （TiC、SiC、Fe3C和BC

25、x等）納米線直徑偏離納米管的原因：清華范守善等發(fā)現(xiàn)用Si-SiO2的混合物制備SiC納米絲時(shí)，反應(yīng)物碳納米管的直徑為1316nm, 管壁厚度為46nm,合成的SiC納米絲的直徑卻為340nm。原因是：首先 固態(tài)Si和SiO2反應(yīng)生成SiO氣體：)(2)()(2VSiOSSiOSSi然后，生成的SiO氣體與碳納米管反應(yīng)，生成SiC納米絲：( )2 ()( )1SiO VCSiCCO V納米管（納米絲）但是，固態(tài)的碳納米管不能直接提供生長SiC納米絲所需的全部碳源，即在反應(yīng)過程中，SiC中的碳除了來源于碳納米管之外，另一部分碳來源于上面反應(yīng)生成的CO氣體，即發(fā)生了下面的反應(yīng)：2( )( )( )(

26、 )2SiO VCO VSiC SCO V新生成的SiC沉積在1式生成的SiC納米絲上，就導(dǎo)致了這些SiC絲變粗。若2式生成的CO2氣體擴(kuò)散到未反應(yīng)的碳納米管表面上，則又發(fā)生下面的反應(yīng)：3)(2(V)(2VCOCOC 納米管）這就導(dǎo)致尚未反應(yīng)的碳納米管的直徑小于起始直徑，再由這些小直徑的碳納米管生成的SiC納米絲的直徑必然要小一些。這就是為什么生成物SiC絲的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離模板碳納米管的起始直徑的原因。受2式的啟發(fā)，能在碳納米管內(nèi)用氣相活性基團(tuán)生成非碳化物的一維納米線。例如Si3N4納米線首先將Si-SiO2混合粉末放入位于石英管中部的坩堝底部，坩堝中放一多孔隔板將混合粉末與其上的碳納米管隔開，

27、然后在石英管中通入N2，用加熱爐將坩堝區(qū)加熱到1673K。在碳納米管層的內(nèi)部，由下而上的SiO氣體(由坩堝底部的Si和SiO2反應(yīng)得到)與由上而下的N2氣在碳納米管層中反應(yīng)，在碳納米管的空間限制作用下，合成了直徑為440nm, 長度為幾個(gè)微米的Si3N4。)(3CO(V)2N(3)(3432VNSiCVSiO納米絲）納米管）GaN納米絲的制備：在管式爐中部放置一剛玉坩堝，其中放置摩爾比為4：1的金屬Ga細(xì)塊與Ga2O3粉末， 在其上平放一個(gè)多孔Mo網(wǎng)，在Mo網(wǎng)上放置Al2O3陣列模板。經(jīng)機(jī)械泵抽真空后通入NH3氣，經(jīng)多次抽排后，爐內(nèi)只存純凈的NH3氣，然后加熱爐溫保持在900，NH3氣流量在300ml/min, 這時(shí)爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)：（2）氧化鋁模板法)(2)()(2)(2)()(3)(4)(2232232GHGOHSGaNGNHGOGaVOGaLGaSOGa式中S、L、V和G 分別表示固態(tài)、液態(tài)、蒸氣態(tài)和氣態(tài)。經(jīng)2h反應(yīng)后，停止加熱，待溫度降至室溫，從氧化鋁模板表面 收 集 到 絲 狀 的 單 晶GaN絲。（3）聚合物膜模板法聚碳酸酯膜模板法：聚碳酸