专利名称：一种形貌控制合成链珠状一维碳化硅纳米晶须的方法
技术领域：
本发明专利涉及在无催化条件下形貌控制合成链珠状一维碳化硅纳米晶须的方法。
背景技术：
碳化硅晶须是SiC晶体极端各向异性生长的产物，其晶体结构与金刚石相类似，具有轻质、高硬度、高弹性模量、低热膨胀率和抗高温氧化性强等优异的物理和力学性能，已成为树脂基、金属基、陶瓷基等新型复合材料的重要增韧补强剂。理论分析与实验研究表明，与平直状晶须相比，具有特殊形貌结构能成倍增加复合材料的强度和韧性。同时，一维纳米SiC晶须因其以宽禁带为特征的能带结构受纳米直径的约束而改变，显示出特殊的光学及电学特性，在光电子、微电子技术相关的纳米器件制造领域有潜在的应用前景。碳化硅纳米晶须的形貌结构控制合成是实现在分子水平上设计、制备电子、光子器件的研究基础。 目前，一维碳化硅纳米晶须的合成工艺方法有气相沉积法、气相反应法、碳还原法、石英还原法、氮化硅与碳反应法及液相法合成等多种形式。中国专利公开了一种以酚醛树脂和含硅化合物为原料，含A1203、SiC、MgO 一种或一种以上混合物为分散剂，制备哑铃状仿生碳化硅晶须的技术[CN 100355948C]。白朔等以SiO2和活性炭为原料，NaF为助熔剂，采用碳热还原法制备了哑铃状碳化硅晶须[材料研究学报，2000，14(5) :469]。Li等以Si、SiO2混合物与CH4为原料，采用气相反应法制备了链珠状碳化硅纳米线[J. Phys.Chem. C，2009，113 :91]。Wei等以SiO2粉和石墨为原料，采用化学气相沉积法制备了链珠状碳化硅纳米线[Mater. Chem. Phys.，2006，95 :140]。Li等先采用溶胶_凝胶法，以正硅酸乙酯和杉木粉为原料，制备杉木粉/SiO2材料，再用杉木粉/SiO2材料与酚醛树脂制备复合材料，以复合材料为碳源和硅源，采用碳热还原法制备了链珠状碳化硅微米线[J. Am.Ceram. Soc.，2010,93 (10) :3499] · Mazdiyasni 等在 600 1400 °C 下，热裂解多聚硅烧(C6HsCH3Si: (CH3)2Si)制备了链珠状碳化硅晶须[J. Am. Ceram. Soc.，1978,61 (11) :504]。上述几种工艺主要以多聚硅烷、石墨、CH4和树酯为原料，生产成本较高，而且有些工艺添加助熔剂、分散剂、催化剂等以引诱、控制碳化硅晶须的生长，给产物的纯化造成一定困难。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种利用生物质炭(木炭、竹炭)，不添加催化剂、助容剂，形貌控制合成链珠状一维碳化硅纳米晶须的方法。本发明解决技术问题是通过以下方案得以实现的利用生物质炭(木炭、竹炭)，无催化形貌控制合成链珠状一维碳化硅纳米晶须的方法，包括以下顺序和步骤将清洗干燥后的木粉或竹粉100 200g，于真空炉中在500 700°C下碳化I 2h得到生物质炭粉；将生物质炭粉和SiO2凝胶机械混合均匀，得到预混料；在纯氮气保护下将所述预混料升温到1450-1600°C，保温I 4h。保温时间结束后，以5 20°C /min的降温速率降温到800°C，然后关掉加热电源，自然冷却。在预混料的表面有浅灰色或浅绿色絮状碳化硅晶须生成。其中所述木粉为木材破碎所得；竹粉为竹材破碎所得；生物质炭粉是木粉或竹粉炭化所得，其粒度小于200目。所述预混料为生物质炭粉和SiO2凝胶的混和物，C/Si摩尔比为I : I. 5 3. O ;不添加其它物质。所述升温速率为5 20°C /min。采用上述技术方案，本发明合成的碳化硅晶须为一维链珠状纳米晶须，直径为200 600纳米，长度可达I毫米以上。本发明具有生产成本低，合成工艺简单和生产设备简单的特点。
·
附图I为本发明合成的一维碳化硅纳米晶须的扫描电镜(SEM)照片附图2为本发明合成的一维碳化硅纳米晶须的透射电镜(TEM)照片
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例I将清洗干燥后的木粉100g，于真空炉中在500°C下碳化2h得到木炭粉；将粒度小于200目的木炭粉和SiO2凝胶机械混合均匀，C/Si摩尔比为I : 1.5，得到预混料；在纯氮气保护下将所述预混料以10°C /min升温速率升温到1600°C，保温2h。保温时间结束后，以20°C /min的降温速率降温到800°C，然后关掉加热电源，自然冷却。在预混料的表面有浅绿色絮状碳化硅晶须生成。实施例2将清洗干燥后的竹粉200g，于真空炉中在700°C下碳化Ih得到竹炭粉；将粒度小于200目的竹炭粉和SiO2凝胶机械混合均匀，C/Si摩尔比为I : 2.2，得到预混料；在氮气保护下将所述预混料以5°C /min升温速率升温到1450°C，保温4h。保温时间结束后，以IO0C /min的降温速率降温到800°C，然后关掉加热电源，自然冷却。在预混料的表面有浅灰色絮状碳化硅晶须生成。实施例3将清洗干燥后的竹粉100g，于真空炉中在600°C下碳化Ih得到竹炭粉；将粒度小于200目的竹炭粉和SiO2凝胶机械混合均匀，C/Si摩尔比为I : 3.0，得到预混料；在纯氮气保护下将所述预混料以20°C /min升温速率升温到1550°C，保温3h。保温时间结束后，以10°C /min的降温速率降温到800°C，然后关掉加热电源，自然冷却。在预混料的表面有浅灰色絮状碳化硅晶须生成。
权利要求
1.一种形貌控制合成链珠状一维碳化硅纳米晶须的方法，其特征在于该方法的步骤如下 将清洗干燥后的木粉或竹粉100 200g，于真空炉中在500 700°C下碳化I 2h得到生物质炭粉；将生物质炭粉和SiO2凝胶机械混合均匀，得到预混料；在纯氮气保护下将所述预混料升温到1450-1600。°C，保温I 4h。保温时间结束后，以5 20°C /min的降温速率降温到800°C，然后关掉加热电源，自然冷却。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于木粉为木材破碎所得；竹粉为毛竹破碎所得。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于生物质炭粉是木粉或竹粉炭化所得，其粒度小于200目ο
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于预混料为生物质炭粉和SiO2凝胶混和物，C/Si摩尔比为I : I. 5 3. O。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于预混料为生物质炭粉和SiO2凝胶混和物，不添加其他物质。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于升温速率为5 20°C/min。
全文摘要
本发明涉及一种形貌控制合成链珠状一维碳化硅纳米晶须的方法，所采取的技术方案是将清洗干燥后的木粉或竹粉100～200g，于真空炉中在500～700℃下碳化1～2h得到生物质炭粉；将生物质炭粉和SiO2凝胶按C/Si摩尔比为1∶1.5～3.0机械混合均匀，得到预混料；在纯氮气保护下将所述预混料升温到1450-1600℃，保温1～4h。保温时间结束后，以5～20℃/min的降温速率降温到800℃，然后关掉加热电源，自然冷却。本发明合成的一维碳化硅纳米晶须为链珠状，晶须长径比大；合成工艺简单，成本低，生产设备简单。
文档编号C01B31/36GK102874811SQ20121042107
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者李忠, 谭德新, 陈明功 申请人:安徽理工大学