比”晶须之王”更猛的碳化硅纳米线是怎样制备的
发布时间:2020-11-27 来源:中国粉体网     分享到:

[导读]  纳米碳化硅材料具有高的热传导率、低的热膨胀系数、高的机械性能、好的热性能和化学稳定性,另外还具有耐腐蚀和抗氧化等特点。而碳化硅晶须在韧性、弹性和硬度等性能方面尤其出众,更是有着“晶须之王”的美誉。

纳米碳化硅材料具有高的热传导率、低的热膨胀系数、高的机械性能、好的热性能和化学稳定性,另外还具有耐腐蚀和抗氧化等特点。而碳化硅晶须在韧性、弹性和硬度等性能方面尤其出众,更是有着“晶须之王”的美誉。

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    近年来,人们经过理论计算,后经实验,结果都证明了在韧性、弹性和硬度等性能方面,碳化硅纳米线都比碳化硅块体和碳化硅晶须要高,所以人们对具有一维纳米结构的碳化硅产生了极大的兴趣,具有纳米结构的碳化硅极有可能会成为一些材料的增强剂。

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      目前碳化硅纳米材料的制备方法主要有电弧放电法、热解有机前躯体法、碳热还原法、溶剂热方法、气相渗硅法、化学气相反应法、碳纳米管模板生长法(又叫碳纳米管限制反应法)等。


电弧放电法


     电弧放电的实质是一种气体放电的现象,是指在一定的条件下,两极之间的气体在空间能够导电,是一个由电能转化为光能和热能的过程。具体方法例如具体做法是以石墨为阴极,以碳化硅棒(含有铁元素)为阳极,在低压环境下即可电弧进行放电,反应后就会得到碳化硅纳米线。与此同时,阳极碳化硅由于自身电阻很大,在升温过程会快速产生热量,导致阳极的温度比铁的熔点还高,所以阳极的铁就会熔化最终导致蒸发为气体,对碳化硅纳米线的生成和生长起到很大的催化作用。使用电弧放电法制备材料时,原材料便宜且容易得到,使用的设备较简单,很有希望成为企业生产碳化硅纳米线的方法。


热解有机前躯体法


      有研究者以聚碳硅烷为原料,在1200℃高温下裂解制备了碳化硅纳米线,并采用碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极材料,进行了电子发射实验。或者商用六甲基二硅烷为原料,在氩气的保护下,以一定的加热速度升温加热到一定温度再保温一定时间,随后自然冷却至室温,最终会得到白色的羊毛状碳化硅纳米线。这种方法需要的原料廉价,反应温度低,反应过程较简单,不需要使用催化剂,碳化硅纳米线的生成率较高。


碳热还原法


      碳热还原法是一种在一定温度下,以无机碳为还原剂进行氧化还原反应的方法。碳热还原法反应温度较低,可节省能源,相应降低了工艺难度,在化工、冶金行业有着广泛的应用。


溶剂热合成法


      溶剂热合成法是在水热法的基础上发展起来的中、低温液相制备固体材料的一门技术。主要指把反应物和溶剂(有机物或非水溶媒)放置于密闭体系内(如高压釜),加热升温到一定温度即可得到产物的一种方法。溶剂热合成法与水热法在原理上很类似,用有机物或者非水溶媒代替水作溶剂,很大程度上拓宽了水热法的使用范围。


气相渗硅法


气相渗硅法是在高温真空环境中用气相Si对多孔C/C复合材料进行浸渗处理,使气态Si在毛细作用下渗入C/C多孔体中,并与C组分发生反应生成碳化硅基体。温丽霞等利用网络结构的碳化细菌纤维素为模板和碳源,细菌纤维素碳按一定比例与硅粉均匀混合,在不同温度处理的惰性气氛中,制备了碳化硅纳米线。气相渗硅法制备的材料具有组成可以调节,性能可以设计,加工容易等优点。


悬浮法


有研究者利用金属硅粉为硅源,石墨模具挥发的碳蒸气为碳源,在N2气氛下,硅粉的体积变大,堆积的密度就会减小,孔隙率变大,类似于悬浮态。之后再加热至1600℃并保温30min,反应结束后可以在石墨收集器下得到类似板状或棉絮状的产物。经XRD分析,产物中主要为碳化硅,还有少量未参与反应的金属Si。显微形貌观察产物为碳化硅纳米线。


参考来源:


郝斌.碳化硅纳米材料制备方法研究进展





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