[發(fā)明專利]一種硅碳復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210219626.2
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102709536A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王彪;白雪君;王華平
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/587;B82Y30/00
• 代理公司: 上海天翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

1.一種硅碳復(fù)合材料，其特征是：所述的硅碳復(fù)合材料是一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包覆納米級的硅的硅碳復(fù)合材料，所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指由碳纖維相互纏結(jié)形成的結(jié)構(gòu)疏松、內(nèi)部具有均勻的三維孔洞的結(jié)構(gòu)層，所述的納米級的硅均勻分散在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述的納米級的硅的平均直徑為50～500nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的厚度為0.05～2um；所述碳纖維的平均直徑為50～300nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硅碳復(fù)合材料，其特征在于，所述的碳纖維由細(xì)菌纖維素纖維熱解碳化而得。

5.如權(quán)利要求1所述的一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征是包括以下具體步驟：

（1）將細(xì)菌纖維素打漿，制備成均勻的細(xì)菌纖維素漿料；

（2）取部分細(xì)菌纖維素漿料，將一定量的納米級的硅加入到該細(xì)菌纖維素漿料中，并加入一定量的表面活性劑，混合均勻，制得含硅細(xì)菌纖維素漿料；其中，所述的一定量的硅是指硅為細(xì)菌纖維素的10～100wt.％；所述的一定量的表面活性劑為硅的20～100wt.％；所述的表面活性劑為曲拉通-100、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或聚乙烯醇；

（3）將所述細(xì)菌纖維素漿料與所述含硅細(xì)菌纖維素漿料依次倒入布氏漏斗中抽濾并交替鋪層疊加，得到含硅的細(xì)菌纖維素膜；其中疊加層數(shù)為5、7、9或11層，最上層和最下層皆為所述細(xì)菌纖維素漿料的鋪層，所述細(xì)菌纖維素漿料的厚度為0.1～1mm，含硅細(xì)菌纖維素漿料層的厚度為0.5～2mm；

（4）將上步得到的含硅的細(xì)菌纖維素膜在保護氣氛中碳化處理，使細(xì)菌纖維素纖維全部熱解碳化形成碳纖維，即得到所述的硅碳復(fù)合材料。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的納米級的硅的平均直徑為50～500nm；步驟（2）將硅與細(xì)菌纖維素漿料混合時采用攪拌并配合使用超聲分散的方法，使硅均勻地分散在漿料中，同時防止硅的團聚。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的碳化處理是將含硅的細(xì)菌纖維素膜移入石英管并置于管式爐中，通入惰性氣氛保護，以5～20℃/min的升溫速率進行升溫，直至爐體溫度為600～900℃；保溫1～4h后，細(xì)菌纖維素纖維熱解碳化形成碳纖維；其中保護氣氛為氬氣或5％氫氣與95％氬氣的混合氣體。

8.如權(quán)利要求1所述的一種制備硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征是包括以下具體步驟：

（1）將細(xì)菌纖維素用打漿機打漿，制備成均勻的細(xì)菌纖維素漿料；

（2）將一定量的納米級的硅加入到該細(xì)菌纖維素漿料中，并加入一定量的表面活性劑，混合均勻，制得含硅細(xì)菌纖維素漿料；其中，所述的一定量的硅是指硅為細(xì)菌纖維素的10～100wt.％；所述的一定量的表面活性劑為硅的20～100wt.％；所述的表面活性劑為曲拉通-100、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或聚乙烯醇；

（3）將所述含硅細(xì)菌纖維素漿料放入冰箱中-15℃冷凍12～36h后，冷凍干燥12～48h，得到干燥的含硅細(xì)菌纖維素；冷凍干燥既可以排出細(xì)菌纖維素膜中的水分，又可以保證細(xì)菌纖維素的空間結(jié)構(gòu)不被破壞；

（4）將上步得到的含硅細(xì)菌纖維素在保護氣氛中碳化處理，使細(xì)菌纖維素纖維全部熱解碳化形成碳纖維，即得到所述的硅碳復(fù)合材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的納米級的硅的平均直徑為50～500nm；步驟（2）將硅與細(xì)菌纖維素漿料混合時采用攪拌并配合使用超聲分散的方法，使硅均勻地分散在漿料中，同時防止硅的團聚。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種硅碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的碳化處理是將含硅的細(xì)菌纖維素移入石英管并置于管式爐中，通入惰性氣氛保護，以5～20℃/min的升溫速率進行升溫，直至爐體溫度為600～900℃；保溫1～4h后，細(xì)菌纖維素纖維熱解碳化形成碳纖維；其中保護氣氛為氬氣或5％氫氣與95％氬氣的混合氣體。