碳化硅是一种具有高耐热性、高化学稳定性、高机械强度以及优异电学性质的半导体材料,在耐火材料、磨削用具以及发光二极管等领域有着重要的应用前景。碳化硅为共价晶体,决定其结构的主要因素是碳化硅晶体中碳硅双原子层的排布顺序,现在已发现的碳化硅同素异形体已经超过了200种。碳化硅高温高压下的转变研究一直是一个备受关注的课题,相关研究不仅有利于理解其极端条件下的结构稳定性和性质变化,而且由于碳化硅存在于许多地质结构中,如天文学家在陨石与富碳星球中都发现有碳化硅的存在,所以碳化硅的相变研究还可能与地质学及行星科学中的一些重要现象相关。因此,高温高压下碳化硅的相变条件、分解产物和分解机制等一直是人们研究的重点,但是在这些研究中还存在很多未解的难题,特别是高温高压下碳化硅是否发生分解、其分解产物是什么还存在较大争议,这主要是由于以下两个原因:第一,由于碳化硅同素异形体数量众多,并且同素异形体之间会发生相互转化,所以当温度不均匀时很容易产生混相。第二,碳化硅分解后如果碳原子与硅原子不能及时分离,碳与硅会重新结合/互溶,这给我们分析碳化硅分解条件、分解产物造成障碍。基于以上两点考虑,本文将使用碳化硅纳米材料,结合金刚石对顶砧装置与激光加热技术展开研究。使用纳米材料的原因主要是因为其尺寸较小,在激光加热时相比体材料更容易均匀受热,减少温度梯度带来的影响。此外,纳米碳化硅由于材料的纳米尺寸其分解物的扩散路径短,更易于形成硅/碳纯相,且我们使用液氩做为传压介质,相比于传统的硬压方法(无传压介质),碳化硅分解后液氩可能更利于碳硅原子的分离,减少其重新结合的可能。同时选用纳米材料还可以与体材料碳化硅进行对比,研究尺寸对于碳化硅材料分解机制与分解产物的影响。本文主要目的是研究碳化硅纳米材料是否分解、分解条件以及纳米尺寸效应对分解机制的影响。因此,利用高压技术,结合拉曼光谱、XRD衍射光谱、透射电镜选区电子衍射、透射电镜高分辨图像、EDS能谱等手段,研究纳米碳化硅高温高压处理后产物的结构,分析其分解机制,为功能材料的合成提供参考。本文研究结果如下:1.在10GPa、15GPa、20GPa下对碳化硅纳米线展开了高温高压研究,研究发现当压力提升至20GPa时碳化硅纳米线对激光的吸热效率明显的受到抑制,所以该压力下碳化硅温度没有明显升高,几乎不发生分解。在10GPa、15GPa下碳化硅分解后,碳会停留在样品表面形成包裹结构,结构内部为未分解/部分分解的碳化硅或富硅的碳化硅相。压力对于这层包裹结构有明显的影响,10GPa下碳会在表面形成石墨结构,而当压力提升至15GPa时碳会在表面形成金刚石结构。经过这一系列的实验我们阐释了压力对于碳化硅分解的抑制作用;发现了体材料分解后难以形成的包裹结构,并成功地合成了具有石墨包裹的核壳结构(内核为碳化硅),而且利用压力改变了包裹层的结构,成功地调控了碳化硅分解产物的结构。2.在10GPa下对碳化硅纳米颗粒展开了高温高压研究,研究发现样品中不同尺寸的碳化硅纳米颗粒形成的产物有所不同,当颗粒尺寸小于100nm时碳硅会完全分离,碳会形成独立的石墨带,硅会形成疑似六方硅的结构;当颗粒尺寸大于200nm时分解后碳开始附着于样品表面形成石墨结构。在这个实验中我们发现碳化硅的尺寸对碳化硅分解有着明显的影响,不同尺寸的碳化硅由于分解后碳、硅的扩散路径不同,可能会形成不同的分解产物。