一種製備SiC納米線的方法
2023-05-14 10:25:41 2
專利名稱：一種製備SiC納米線的方法
技術領域：
本發明涉及SiC納米線，特指由木粉為碳源，含矽高分子先驅體為矽源製備SiC納米線的方法，以木粉為碳源，固體聚矽氧烷為高分子前驅體，通過原位反應合成了 SiC納米線，該方法製備工藝簡單，成本較低，且高效利用了生物質廢棄物。
背景技術：
碳化矽納米線具有良好的力學、電學、化學穩定性及臨界擊穿電場、電子飽和遷移率等特性，在高溫、高頻、大功率、高密度集成電子器件等方面具有巨大的應用潛力；同時也可用於增強陶瓷、金屬和高分子材料，從而製備得到性能優異的複合材料；近年來，利用含矽高分子前驅體為原料製備SiC納米線受到人們的廣泛關注，主要是利用有機先驅體，如聚矽氧烷(PSO)、聚碳矽烷(PCS)等在適當條件下合成SiC納米線。其製備方法主要分為化學氣相沉積法和原位合成法；文獻「Ultra long SiC nanowires with fluctuatingdiameters synthesized in a polymer pyrolysis CVD route.Solid State Sc1., 2009，11 (12): 2167-2172」介紹了以聚碳矽烷為前驅體，採用化學氣相沉積法製備了 SiC納米線。文獻 「Growth of β -SiC nanowires from SiBONC nano powder compacts.RareMetal Materials and Engineering, 2008, 37(3): 561-564」 介紹了以有機先驅體四氯化矽(SiCl4)為原料，製備了 SiBONC納米粉體，並在SiBONC坯體表面原位合成了 SiC納米線；文獻「In situ growth of beta-SiC nanowires in porous SiC ceramics.J.Am.Ceram.Soc., 2005, 88(9): 2619-2621」介紹了以聚碳矽烷為前驅體，在多孔SiC陶瓷中原位合成了 SiC納米線；採用上述方法製備SiC納米線所用的含矽前驅體成本較高，製備條件苛刻，且合成的SiC納米線產率較低；與上述製備方法相比，本發明製備的SiC納米線可以使用廢棄的木粉為碳源，聚矽氧烷為前驅體，具有成本低，工藝簡單，產率較高等優點，也有望實現廢棄物回收再利用。
發明內容
本發明的目的在於解決工藝複雜、成本較高、轉化率低等問題，而提出一種
製備SiC納米線的方法，以木粉為碳源與固體聚矽氧烷複合後，直接將粉末狀混合原料在Ar氣保護下燒結合成了 SiC納米線，本發明的步驟如下:
(I)木粉預處理:將家裝廢棄後的杉木木屑經篩分後球磨，取出烘乾，處理後的木粉篩分後取粒徑小於32 μ m的木粉備用。(2)固體聚矽氧烷的合成:將含氫矽油為高分子先驅體，二乙烯基苯為交聯劑，氯鉬酸溶液為催化劑，超聲振蕩混合均勻後在120°C下交聯12h後合成固體聚矽氧烷。(3)木粉和聚矽氧烷複合:採用木粉為碳源，聚矽氧烷為矽源，將木粉和聚矽氧烷球磨至均勻混合。(4)高溫燒結:將上述混合均勻的粉末原料置於三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內，抽真空後並通入Ar氣後高溫燒結，燒結起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min後；以2°C /min的速度升溫至400°C保溫30min ;再以5°C /min的速度升溫至1200°C -1400°C保溫後冷卻。步驟(I)中所述球磨的時間為24h，轉速250r/min ；
步驟(2)中所述的含氫矽油、二乙烯基苯和氯鉬酸的的質量比為6:3:1，氯鉬酸溶液的濃度為11.3ppm ；
步驟(3)中所述木粉和聚矽氧烷的質量比為f 3:1，球磨時間為12h，球磨速率為250r/
min ；
步驟(4)中所述升溫至1200-1400°C後的保溫時間為3-5h，整個燒結過程中的Ar氣流量為 0.lL/min。通過本方案的實施，本發明的有益效果在於以木粉為碳源，聚矽氧烷為高分子前驅體,通過原位反應合成SiC納米線，本技術中原料來源範圍較廣，碳源來源於木粉，也可以來源於甘蔗粉、秸杆、煙杆等；本技術可以解決廢棄物的回收再利用的問題，符合環境友好型；本技術可以簡單、低成本，高產率地製備大量的SiC納米線，產率可達35%，SiC納米線產量與燒結溫度、木粉和聚矽氧烷的質量比有關。溫度越高或原料配比中聚矽氧烷含量較高時，獲得的納米線越多，產率越高，所合成的SiC納米線直徑長達幾十微米，直徑約20_80nm。
圖1為本發 明所述產物的物相組成 圖2為本發明所述產物的掃描電鏡 圖1為合成的納米線的物相組成圖，從圖中可知該納米線為SiC納米線。圖2為粉狀原料燒結後生成的SiC納米線的形貌圖，類似棉絮狀。圖3為SiC納米線的放大微觀形貌圖，從圖中看出合成的SiC納米線含量較多，粗細均勻，直徑約10-70nm，長度達幾十微米。
具體實施例方式實施例1
(1)將家裝後的杉木木屑經篩分後球磨，球磨時間為24h，轉速250r/min，將磨料取出烘乾，處理後的木粉篩分後取粒徑小於32 μ m備用；
(2)將含氫矽油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質量比為6:3:1混合均勻，然後在120°C下交聯12h後合成固體聚矽氧烷；
(3)將木粉和聚矽氧烷按質量比1:1球磨至均勻混合，球磨時間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置於三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內，抽真空後並通入Ar氣後高溫燒結，整個過程中Ar氣流量為0.1 L/min,燒結起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min後；以2°C /min的速度升溫至400°C保溫30min ;再以5°C /min的速度升溫至1200°C保溫3h後冷卻至室溫，即獲得SiC納米線。實施例2
(I)將家裝後的杉木木屑經篩分後球磨，球磨時間為24h，轉速250 r/min，將磨料取出烘乾，處理後的木粉篩分後取粒徑小於32 μ m備用；(2)將含氫矽油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質量比為6:3:1混合均勻，然後在120°C下交聯12h後合成固體聚矽氧烷；
(3)將木粉和聚矽氧烷按質量比2:1球磨至均勻混合，球磨時間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置於三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內，抽真空後並通入Ar氣後高溫燒結，整個過程中Ar氣流量為0.1 L/min,燒結起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min後；以2°C /min的速度升溫至400°C保溫30min ;再以5°C /min的速度升溫至1200°C保溫3h後冷卻至室溫，即獲得SiC納米線；
實施例3
(1)將家裝後的杉木木屑經篩分後球磨，球磨時間為24h，轉速250r/min，將磨料取出烘乾，處理後的木粉篩分後取粒徑小於32 μ m備用；
(2)將含氫矽油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質量比為6:3:1混合均勻，然後在120°C下交聯12h後合成固體聚矽氧烷；
(3)將木粉和聚矽氧烷按質量比3:1球磨至均勻混合，球磨時間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置於三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內，抽真空後並通入Ar氣後高溫燒結，燒結起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min後；以20C /min的速度升溫至400°C保溫30min ;再以5°C /min的速度升溫至1200°C保溫3h後冷卻至室溫，整個過程中Ar氣流量為0.1 L/min,獲得SiC納米線。實施例4· (1)將家裝後的杉木木屑經篩分後球磨，球磨時間為24h，轉速250r/min，將磨料取出烘乾，處理後的木粉篩分後取粒徑小於32 μ m備用；
(2)將含氫矽油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質量比為6:3:1混合均勻，然後在120°C下交聯12h後合成固體聚矽氧烷；
(3)將木粉和聚矽氧烷按質量比2:1球磨至均勻混合，球磨時間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置於三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內，抽真空後並通入Ar氣後高溫燒結，燒結起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min後；以20C /min的速度升溫至400°C保溫30min ;再以5°C /min的速度升溫至1300°C保溫3h後冷卻至室溫，整個過程中Ar氣流量為0.1 L/min,即獲得SiC納米線。實施例5
(1)將家裝後的杉木木屑經篩分後球磨，球磨時間為24h，轉速250r/min，將磨料取出烘乾，處理後的木粉篩分後取粒徑小於32 μ m備用；
(2)將含氫矽油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質量比為6:3:1混合均勻，然後在120°C下交聯12h後合成固體聚矽氧烷；
(3)將木粉和聚矽氧烷按質量比2:1球磨至均勻混合，球磨時間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置於三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內，抽真空後並通入Ar氣後高溫燒結，燒結起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min後；以2°C /min的速度升溫至400°C保溫30min ;再以5°C /min的速度升溫至1400°C保溫3h後冷卻至室溫，整個過 程中Ar氣流量為0.1 L/min,由於燒結溫度更高，即獲得SiC納米線。
權利要求
1.一種製備SiC納米線的方法，其特徵在於包括如下步驟 (1)木粉預處理將家裝廢棄後的杉木木屑經篩分後球磨，取出烘乾，處理後的木粉篩分後取粒徑小於32 μ m的木粉備用； 固體聚矽氧烷的合成將含氫矽油為高分子先驅體，二乙烯基苯為交聯劑，氯鉬酸溶液為催化劑，超聲振蕩混合均勻後在120°C下交聯12h後合成固體聚矽氧烷； (2)木粉和聚矽氧烷複合採用木粉為碳源，聚矽氧烷為矽源，將木粉和聚矽氧烷球磨至均勻混合； (3)高溫燒結將上述混合均勻的粉末原料置於三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內，抽真空後並通入Ar氣後高溫燒結，燒結起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min後；以2°C /min的速度升溫至400°C保溫30min ;再以5°C /min的速度升溫至12000C -1400°C保溫後冷卻。
2.如權利要求I所述的一種製備SiC納米線的方法，其特徵在於步驟(I)中所述球磨的時間為24h，轉速250r/min。
3.如權利要求I所述的一種製備SiC納米線的方法，其特徵在於步驟(2)中所述的含氫矽油、二乙烯基苯和氯鉬酸的的質量比為6:3:1，氯鉬酸溶液的濃度為11. 3ppm。
4.如權利要求I所述的一種製備SiC納米線的方法，其特徵在於步驟(3)中所述木粉和聚矽氧烷的質量比為廣3:1，球磨時間為12h，球磨速率為250r/min。
5.如權利要求I所述的一種製備SiC納米線的方法，其特徵在於步驟(4)中所述升溫至1200-1400°C後的保溫時間為3-5h，整個燒結過程中的Ar氣流量為O. lL/min。
全文摘要
本發明涉及SiC納米線，特指由木粉為碳源，含矽高分子先驅體為矽源製備SiC納米線的方法，以木粉為碳源，固體聚矽氧烷為高分子前驅體，通過原位反應合成了SiC納米線，該方法製備工藝簡單，成本較低，且高效利用了生物質廢棄物。
文檔編號C01B31/36GK103253671SQ201310080138
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者潘建梅, 程曉農, 嚴學華, 張成華, 盧青波 申請人:江蘇大學