專利名稱：一種制備SiC納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SiC納米線，特指由木粉為碳源，含硅高分子先驅(qū)體為硅源制備SiC納米線的方法，以木粉為碳源，固體聚硅氧烷為高分子前驅(qū)體，通過(guò)原位反應(yīng)合成了 SiC納米線，該方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，且高效利用了生物質(zhì)廢棄物。
背景技術(shù)：
碳化硅納米線具有良好的力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定性及臨界擊穿電場(chǎng)、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(yīng)用潛力；同時(shí)也可用于增強(qiáng)陶瓷、金屬和高分子材料，從而制備得到性能優(yōu)異的復(fù)合材料；近年來(lái)，利用含硅高分子前驅(qū)體為原料制備SiC納米線受到人們的廣泛關(guān)注，主要是利用有機(jī)先驅(qū)體，如聚硅氧烷(PSO)、聚碳硅烷(PCS)等在適當(dāng)條件下合成SiC納米線。其制備方法主要分為化學(xué)氣相沉積法和原位合成法；文獻(xiàn)“Ultra long SiC nanowires with fluctuatingdiameters synthesized in a polymer pyrolysis CVD route.Solid State Sc1., 2009，11 (12): 2167-2172”介紹了以聚碳硅烷為前驅(qū)體，采用化學(xué)氣相沉積法制備了 SiC納米線。文獻(xiàn) “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(jī)先驅(qū)體四氯化硅(SiCl4)為原料，制備了 SiBONC納米粉體，并在SiBONC坯體表面原位合成了 SiC納米線；文獻(xiàn)“In situ growth of beta-SiC nanowires in porous SiC ceramics.J.Am.Ceram.Soc., 2005, 88(9): 2619-2621”介紹了以聚碳硅烷為前驅(qū)體，在多孔SiC陶瓷中原位合成了 SiC納米線；采用上述方法制備SiC納米線所用的含硅前驅(qū)體成本較高，制備條件苛刻，且合成的SiC納米線產(chǎn)率較低；與上述制備方法相比，本發(fā)明制備的SiC納米線可以使用廢棄的木粉為碳源，聚硅氧烷為前驅(qū)體，具有成本低，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)率較高等優(yōu)點(diǎn)，也有望實(shí)現(xiàn)廢棄物回收再利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決工藝復(fù)雜、成本較高、轉(zhuǎn)化率低等問(wèn)題，而提出一種
制備SiC納米線的方法，以木粉為碳源與固體聚硅氧烷復(fù)合后，直接將粉末狀混合原料在Ar氣保護(hù)下燒結(jié)合成了 SiC納米線，本發(fā)明的步驟如下:
(I)木粉預(yù)處理:將家裝廢棄后的杉木木屑經(jīng)篩分后球磨，取出烘干，處理后的木粉篩分后取粒徑小于32 μ m的木粉備用。(2)固體聚硅氧烷的合成:將含氫硅油為高分子先驅(qū)體，二乙烯基苯為交聯(lián)劑，氯鉬酸溶液為催化劑，超聲振蕩混合均勻后在120°C下交聯(lián)12h后合成固體聚硅氧烷。(3)木粉和聚硅氧烷復(fù)合:采用木粉為碳源，聚硅氧烷為硅源，將木粉和聚硅氧烷球磨至均勻混合。(4)高溫?zé)Y(jié):將上述混合均勻的粉末原料置于三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內(nèi)，抽真空后并通入Ar氣后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min后；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保溫后冷卻。步驟(I)中所述球磨的時(shí)間為24h，轉(zhuǎn)速250r/min ；
步驟(2)中所述的含氫硅油、二乙烯基苯和氯鉬酸的的質(zhì)量比為6:3:1，氯鉬酸溶液的濃度為11.3ppm ；
步驟(3)中所述木粉和聚硅氧烷的質(zhì)量比為f 3:1，球磨時(shí)間為12h，球磨速率為250r/
min ；
步驟(4)中所述升溫至1200-1400°C后的保溫時(shí)間為3-5h，整個(gè)燒結(jié)過(guò)程中的Ar氣流量為 0.lL/min。通過(guò)本方案的實(shí)施，本發(fā)明的有益效果在于以木粉為碳源，聚硅氧烷為高分子前驅(qū)體,通過(guò)原位反應(yīng)合成SiC納米線，本技術(shù)中原料來(lái)源范圍較廣，碳源來(lái)源于木粉，也可以來(lái)源于甘蔗粉、秸桿、煙桿等；本技術(shù)可以解決廢棄物的回收再利用的問(wèn)題，符合環(huán)境友好型；本技術(shù)可以簡(jiǎn)單、低成本，高產(chǎn)率地制備大量的SiC納米線，產(chǎn)率可達(dá)35%，SiC納米線產(chǎn)量與燒結(jié)溫度、木粉和聚硅氧烷的質(zhì)量比有關(guān)。溫度越高或原料配比中聚硅氧烷含量較高時(shí)，獲得的納米線越多，產(chǎn)率越高，所合成的SiC納米線直徑長(zhǎng)達(dá)幾十微米，直徑約20_80nm。


圖1為本發(fā) 明所述產(chǎn)物的物相組成 圖2為本發(fā)明所述產(chǎn)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(jié)后生成的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(xì)均勻，直徑約10-70nm，長(zhǎng)度達(dá)幾十微米。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
(1)將家裝后的杉木木屑經(jīng)篩分后球磨，球磨時(shí)間為24h，轉(zhuǎn)速250r/min，將磨料取出烘干，處理后的木粉篩分后取粒徑小于32 μ m備用；
(2)將含氫硅油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質(zhì)量比為6:3:1混合均勻，然后在120°C下交聯(lián)12h后合成固體聚硅氧烷；
(3)將木粉和聚硅氧烷按質(zhì)量比1:1球磨至均勻混合，球磨時(shí)間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置于三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內(nèi)，抽真空后并通入Ar氣后高溫?zé)Y(jié)，整個(gè)過(guò)程中Ar氣流量為0.1 L/min,燒結(jié)起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min后；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后冷卻至室溫，即獲得SiC納米線。實(shí)施例2
(I)將家裝后的杉木木屑經(jīng)篩分后球磨，球磨時(shí)間為24h，轉(zhuǎn)速250 r/min，將磨料取出烘干，處理后的木粉篩分后取粒徑小于32 μ m備用；(2)將含氫硅油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質(zhì)量比為6:3:1混合均勻，然后在120°C下交聯(lián)12h后合成固體聚硅氧烷；
(3)將木粉和聚硅氧烷按質(zhì)量比2:1球磨至均勻混合，球磨時(shí)間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置于三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內(nèi)，抽真空后并通入Ar氣后高溫?zé)Y(jié)，整個(gè)過(guò)程中Ar氣流量為0.1 L/min,燒結(jié)起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min后；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后冷卻至室溫，即獲得SiC納米線；
實(shí)施例3
(1)將家裝后的杉木木屑經(jīng)篩分后球磨，球磨時(shí)間為24h，轉(zhuǎn)速250r/min，將磨料取出烘干，處理后的木粉篩分后取粒徑小于32 μ m備用；
(2)將含氫硅油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質(zhì)量比為6:3:1混合均勻，然后在120°C下交聯(lián)12h后合成固體聚硅氧烷；
(3)將木粉和聚硅氧烷按質(zhì)量比3:1球磨至均勻混合，球磨時(shí)間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置于三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內(nèi)，抽真空后并通入Ar氣后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min后；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后冷卻至室溫，整個(gè)過(guò)程中Ar氣流量為0.1 L/min,獲得SiC納米線。實(shí)施例4· (1)將家裝后的杉木木屑經(jīng)篩分后球磨，球磨時(shí)間為24h，轉(zhuǎn)速250r/min，將磨料取出烘干，處理后的木粉篩分后取粒徑小于32 μ m備用；
(2)將含氫硅油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質(zhì)量比為6:3:1混合均勻，然后在120°C下交聯(lián)12h后合成固體聚硅氧烷；
(3)將木粉和聚硅氧烷按質(zhì)量比2:1球磨至均勻混合，球磨時(shí)間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置于三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內(nèi)，抽真空后并通入Ar氣后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min后；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后冷卻至室溫，整個(gè)過(guò)程中Ar氣流量為0.1 L/min,即獲得SiC納米線。實(shí)施例5
(1)將家裝后的杉木木屑經(jīng)篩分后球磨，球磨時(shí)間為24h，轉(zhuǎn)速250r/min，將磨料取出烘干，處理后的木粉篩分后取粒徑小于32 μ m備用；
(2)將含氫硅油、二乙烯基苯和氯鉬酸的溶液(濃度為11.3ppm)按質(zhì)量比為6:3:1混合均勻，然后在120°C下交聯(lián)12h后合成固體聚硅氧烷；
(3)將木粉和聚硅氧烷按質(zhì)量比2:1球磨至均勻混合，球磨時(shí)間為12h，球磨速率為250r/min ；
(4)將上述混合均勻的原料置于三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內(nèi)，抽真空后并通入Ar氣后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min后；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后冷卻至室溫，整個(gè)過(guò) 程中Ar氣流量為0.1 L/min,由于燒結(jié)溫度更高，即獲得SiC納米線。
權(quán)利要求
1.一種制備SiC納米線的方法，其特征在于包括如下步驟 (1)木粉預(yù)處理將家裝廢棄后的杉木木屑經(jīng)篩分后球磨，取出烘干，處理后的木粉篩分后取粒徑小于32 μ m的木粉備用； 固體聚硅氧烷的合成將含氫硅油為高分子先驅(qū)體，二乙烯基苯為交聯(lián)劑，氯鉬酸溶液為催化劑，超聲振蕩混合均勻后在120°C下交聯(lián)12h后合成固體聚硅氧烷； (2)木粉和聚硅氧烷復(fù)合采用木粉為碳源，聚硅氧烷為硅源，將木粉和聚硅氧烷球磨至均勻混合； (3)高溫?zé)Y(jié)將上述混合均勻的粉末原料置于三氧化二鋁瓷舟中再放入管式爐內(nèi)，抽真空后并通入Ar氣后高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)起始溫度為50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保溫15min后；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保溫后冷卻。
2.如權(quán)利要求I所述的一種制備SiC納米線的方法，其特征在于步驟(I)中所述球磨的時(shí)間為24h，轉(zhuǎn)速250r/min。
3.如權(quán)利要求I所述的一種制備SiC納米線的方法，其特征在于步驟(2)中所述的含氫硅油、二乙烯基苯和氯鉬酸的的質(zhì)量比為6:3:1，氯鉬酸溶液的濃度為11. 3ppm。
4.如權(quán)利要求I所述的一種制備SiC納米線的方法，其特征在于步驟(3)中所述木粉和聚硅氧烷的質(zhì)量比為廣3:1，球磨時(shí)間為12h，球磨速率為250r/min。
5.如權(quán)利要求I所述的一種制備SiC納米線的方法，其特征在于步驟(4)中所述升溫至1200-1400°C后的保溫時(shí)間為3-5h，整個(gè)燒結(jié)過(guò)程中的Ar氣流量為O. lL/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及SiC納米線，特指由木粉為碳源，含硅高分子先驅(qū)體為硅源制備SiC納米線的方法，以木粉為碳源，固體聚硅氧烷為高分子前驅(qū)體，通過(guò)原位反應(yīng)合成了SiC納米線，該方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，且高效利用了生物質(zhì)廢棄物。
文檔編號(hào)C01B31/36GK103253671SQ201310080138
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者潘建梅, 程曉農(nóng), 嚴(yán)學(xué)華, 張成華, 盧青波 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)