專利名稱：納米線及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一維納米材料，特別涉及納米線材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由其作為基本單元而構(gòu)成的材料。納米材料的基本單元可分為三類零維，指在空間三維尺度均是納米尺度，如納米尺度的顆粒、原子團簇等；一維，指在空間有二維處于納米尺度，如納米絲、納米線、納米棒、納米管等；二維，指在三維空間中有一維在納米尺度，如超薄膜等。本發(fā)明涉及一維納米材料。
納米材料由于其具有獨特且優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)等性質(zhì)，具有高強度、高韌性、良好導(dǎo)電性以及高表面能等特征，從而得到人們的廣泛關(guān)注及研究，并被嘗試應(yīng)用在電子器件甚至日常生活用品中，如碳納米管場發(fā)射顯示器、納米材料制成的自清潔玻璃等。
其中被科學(xué)界研究較成熟的一維納米材料主要有碳納米管。碳納米管由日本研究人員Iijima于1991年發(fā)現(xiàn)，請參閱″Helical Microtubules of GraphiticCarbon″，S Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)。由于具有比一般納米材料更突出的一維導(dǎo)電性能及導(dǎo)熱性能等，被廣泛研究開發(fā)利用。范守善、姜開利等人在文獻Nature 419，801(Oct 24，2002)，Spinning Continuous Carbon NanotubeYarns一文中揭露將碳納米管陣列拉成可長達數(shù)十米的碳納米管繩，為碳納米管的應(yīng)用開拓更廣泛的前景。
但是，碳納米管材料并非萬能材料，其應(yīng)用也有其局限性，科學(xué)界正努力開發(fā)其它納米材料。如2001年12月26日公開的中國專利申請第01127650號揭露一種用化學(xué)氣相沉積法生長SiC納米線的方法，但是，這種方法生長的SiC納米線生長到一定長度即停止生長，因此，所生長的SiC納米線長度最長只可達到5微米。
又如2003年2月12日公開的中國專利申請第02125215號揭露ZnO納米線的制備方法，2003年3月12日公開的中國專利申請第02138228號揭露AlN納米線的制備方法。
然而，上述方法都不能制備較長的納米線，且只能制備單一成分的納米線。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種較長的復(fù)合材料納米線。
本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種制備較長復(fù)合材料納米線的方法。
本發(fā)明解決第一個技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種納米線，該納米線由復(fù)合材料制成，其中該復(fù)合材料選自碳化硅、氮化硅、氧化鋁、碳化硼、氮化硼、氮化鋁、碳、氮化鈦、碳化鈦、氧化釔、氧化鋯中至少兩種的組合。
本發(fā)明解決第二個技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種納米線的制備方法，其包括步驟制備預(yù)備體材料；拉絲。
制備預(yù)備體材料的方法包括步驟提供至少兩種預(yù)定材料；將材料混合攪拌；研磨；干燥；燒結(jié)。
拉絲方法包括步驟熔融擠出；退火；固化；纏繞。
本發(fā)明所提供的納米線具有以下優(yōu)點該納米線采用拉絲方法形成，可使其長達數(shù)十米以上；該納米線由復(fù)數(shù)種材料制成，選用的材料組合能使其抗折強度、斷裂韌性等相互增進，如SiC加在TiC母體材料中，斷裂韌性從3MPam1/2提高到10MPam1/2。本發(fā)明所提供的納米線抗折強度大于350MPa，斷裂韌性大于2.5MPam1/2，可在高于700攝氏度的溫度下應(yīng)用。

圖1是本發(fā)明納米線制備方法流程圖。
圖2是納米線的預(yù)備體材料制備方法流程圖。
圖3是拉絲方法流程圖。
具體實施方式下面結(jié)合

本發(fā)明實施例所提供的納米線制備方法請參閱圖1，納米線制備方法包括制備預(yù)備體材料及拉絲兩個步驟。
請參閱圖2，預(yù)備體材料的制備方法包括步驟提供至少兩種預(yù)定材料；本發(fā)明所制備復(fù)合材料的納米線，其復(fù)合材料為選自碳化硅、氮化硅、氧化鋁、碳化硼、氮化硼、氮化鋁、碳、氮化鈦、碳化鈦、氧化釔、氧化鋯中兩種或多種的組合，各成分的間的配比可以為任意比。二元組合包括SiC+C、SiC+Al2O3、SiC+AlN、SiC+TiN、SiC+TiC、SiC+Si3N4、Si3N4+TiN、Si3N4+C、Si3N4+Al2O3、Si3N4+AlN、Si3N4+TiC、Al2O3+C、Al2O3+TiN、Al2O3+TiC、Al2O3+Y2O3、Al2O3+ZrO2、BN+Si3N4、BC+Si3N4等。如SiC+C，可以碳化硅作為母體材料，再摻雜適量碳，此時碳化硅的含量大于碳的含量。也可以用碳作為母體材料，再摻雜適量碳化硅，此時碳的含量大于碳化硅的含量。三元組合如SiC+Si3N4+Al2O3、SiC+AlN+Si3N4、Al2O3+TiN+TiC、Al2O3+Y2O3+ZrO2等。
混合攪拌；將選定材料投入攪拌裝置中混合攪拌，并加入粘結(jié)劑，使多種材料充分混合并增強其相互結(jié)合力；研磨；將混合均勻的上述材料研磨，得到顆粒較小、混合更均勻的復(fù)合材料；將上述材料干燥；燒結(jié)，得到預(yù)備體材料。
請參閱圖3，制備預(yù)備體材料的后進行拉絲，將預(yù)備體材料拉成納米線。拉絲方法包括步驟熔融擠出；將預(yù)備體材料加入高頻熔爐(High Frequency Furnace)中熔融，然后將其從一小孔中擠出，形成納米絲狀熔融體。
退火；將熔爐中擠出的絲狀熔融體材料進行退火處理，使其冷卻，并得到較好的抗折強度及斷裂韌度(Fracture Toughness)。
固化，將經(jīng)退火處理后的材料經(jīng)過一冷卻裝置，如采用液氮冷卻的冷凝管，使材料固化成納米絲。
將固化納米絲一端固定在一轉(zhuǎn)軸裝置上，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸，將納米絲纏繞在該轉(zhuǎn)軸上，可拉出長達數(shù)十米以上的納米絲。
將熔融預(yù)備體材料擠出之后，可配合一直徑測量裝置，對該擠出的絲狀熔融體材料的直徑進行測量與控制；測量直徑之后還可以再配合一光學(xué)測量裝置，測量熔融體材料軸心是否為一直線，并進行控制，得到直徑均勻的圓柱型復(fù)合材料納米絲。
實驗證明本發(fā)明所提供的納米線抗折強度大于350MPa，斷裂韌性大于2.5MPam1/2，可在高于700攝氏度的溫度下應(yīng)用。具體數(shù)據(jù)如下表所示表1實驗數(shù)據(jù)
本發(fā)明納米線采用拉絲方法形成，可使其長達數(shù)十米以上；該納米線由復(fù)數(shù)種材料制成，選用的材料組合能使其抗折強度、斷裂韌性等相互增進，如SiC加在TiC母體材料中，斷裂韌性從3MPam1/2提高到10MPam1/2，TiN加在Si3N4母體材料中，斷裂韌性從6MPam1/2提高到16MPam1/2。
該納米線適用溫度范圍廣，適于700℃以上高溫下使用。其應(yīng)用范圍廣，如可用作納米導(dǎo)線、納米燈絲等，還可用于紡織納米服飾等。
權(quán)利要求
1.一種納米線，其由復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料選自碳化硅、氮化硅、氧化鋁、碳化硼、氮化硼、氮化鋁、碳、氮化鈦、碳化鈦、氧化釔、氧化鋯中兩種或兩種以上的組合。
2.如權(quán)利要求1所述的納米線，其特征在于該復(fù)合材料為兩種物質(zhì)復(fù)合而成，其包括SiC+C、SiC+Al2O3、SiC+AlN、SiC+TiN、SiC+TiC、SiC+Si3N4、Si3N4+TiN、Si3N4+C、Si3N4+Al2O3、Si3N4+AlN、Si3N4+TiC、Al2O3+C、Al2O3+TiN、Al2O3+TiC、Al2O3+Y2O3、Al2O3+ZrO2、BN+Si3N4、BC+Si3N4。
3.如權(quán)利要求1所述的納米線，其特征在于該復(fù)合材料為三種物質(zhì)復(fù)合而成，其包括SiC+Si3N4+Al2O3、SiC+AlN+Si3N4、Al2O3+TiN+TiC、Al2O3+Y2O3+ZrO2。
4.如權(quán)利要求3所述的納米線，其特征在于該復(fù)合材料為SiC+Si3N4+Al2O3。
5.一種納米線的制備方法，包括步驟制備預(yù)備體材料；拉絲。
6.如權(quán)利要求5所述的納米線的制備方法，其特征在于制備預(yù)備體材料的步驟包括提供至少兩種預(yù)定材料；混合攪拌；研磨；燒結(jié)。
7.如權(quán)利要求6所述的納米線的制備方法，其特征在于混合攪拌時加入適量粘結(jié)劑。
8.如權(quán)利要求5所述的納米線的制備方法，其特征在于拉絲包括步驟熔融擠出；退火；固化；纏繞。
9.如權(quán)利要求8所述的納米線的制備方法，其特征在于在退火前配合一直徑測量裝置，測量并控制擠出的熔融體材料的直徑。
10.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于在退火前配合一光學(xué)測量裝置，控制擠出的熔融體材料的軸心為一直線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一維納米材料，特別涉及納米線及其制備方法。該納米線是由復(fù)合材料制成，其中該復(fù)合材料選自碳化硅、氮化硅、氧化鋁、碳化硼、氮化硼、氮化鋁、碳、氮化鈦、碳化鈦、氧化釔、氧化鋯中至少兩種的組合。該納米線的制備方法包括步驟制備預(yù)備體材料；拉絲。該納米線抗折強度大于350MPa，斷裂韌性大于2.5MPam
文檔編號C30B29/00GK1733634SQ20041005110
公開日2006年2月15日 申請日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月11日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司