[發明專利]前驅體浸漬裂解與磁拉法原位制備3D碳化物納米線陣列的方法

有效

• 申請號: 201810853080.3
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108751197B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 付前剛;閆寧寧;史小紅;李賀軍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C01B32/914
• 分類號: C01B32/914
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種前驅體浸漬裂解與磁拉法原位制備3D碳化物納米線陣列的方法，采用前驅體浸漬裂解與磁拉法相結合，在石墨片表面原位合成三維碳化物納米線陣列的方法。通過共沉淀法在高純石墨片表面制備納米尺度氧化鐵，再通過氫氣還原制備納米Fe顆粒；再將含有Fe顆粒的石墨片置于ZrC前驅體中浸漬，后經磁場環境下熱處理即可制得ZrC納米線陣列。本發明制備方法簡單、納米線可設計化、無污染且安全穩定，提高碳化物納米材料的場發射性能和電磁波吸收性能，降低材料的場發射開啟電壓，增強基體與涂層的結合。廣泛應用于陶瓷基復合材料、樹脂基復合材料、場發射極靴材料以及硬質合金中，具有很好的經濟及社會效益。

技術領域

本發明屬于前驅體浸漬裂解與磁拉法原位制備三維碳化物納米線陣列在復合材料、功能材料及合金技術領域的應用技術，涉及一種前驅體浸漬裂解與磁拉法原位制備3D碳化物納米線陣列的方法，采用前驅體浸漬裂解與磁拉法相結合，在石墨片表面原位合成三維碳化物納米線陣列的方法。

背景技術

碳化物納米材料具有熔點高、高溫比強度和比模量大、吸波性能好、導熱性能優異、化學穩定性強等特點，被廣泛應用于航空航天、軍事、醫藥和建筑領域。碳化物是碳與電負性比它小的或者相近的元素(除氫外)所生成的二元化合物，從元素的屬性劃分為金屬碳化物和非金屬碳化物。金屬型碳化物是d過渡元素，特別是ⅥB、ⅦB族及鐵系元素與碳形成的二元化合物。其結構特點是碳原子充填在密堆積金屬晶格的四面體孔穴中,不影響金屬的導電性。對于原子半徑大于的金屬，碳原子不會使金屬晶格變形，只使晶格更緊密堅實。這些金屬的碳化物具有極高的熔點和硬度，如碳化鉭和碳化鎢等。非金屬碳化物包括碳化硅和碳化硼。在這些碳化物中，碳原子與硅、硼原子以共價鍵結合，屬原子晶體。它們具有高硬度、高熔點和化學性質穩定的特點。

一維納米材料具有與塊體截然不同的特殊性質。當材料的直徑與其德布羅意波長相當時，導帶與價帶進一步擴大，能隙隨著納米材料的直徑減小而增大，非線性光學及量子效應表現越來越明顯。碳化硅、碳化鋯、碳化硼、碳化鈦和碳化鋁等一維納米材料具有較強的量子尺寸效應和較好的光學、場發射性能，在微納制造領域具有很好的應用前景。因此，研究一維碳化物納米材料是目前凝聚態物理和微納材料領域的研究熱點之一。

然而，一維納米材料的最大缺點就是生長方向不可控，嚴重限制了一維碳化物納米材料的可設計化。在場發射領域，定向的設計碳納米管和碳化硅納米陣列可大大提高場發射的電流密度以及降低開啟電壓閾值；在吸波領域，通過設計碳化物納米陣列的排布方式可實現對電磁波的吸收；在光學領域，利用一維碳化物的寬帶隙、高臨界擊穿電壓、高載流子飽和漂移速度的特點，合理設計納米陣列可應用于光致發光器件；在復合材料領域，通過定向設計難熔金屬碳化物納米線的生長方向實現對復合材料多尺度力學設計以及實現對復合材料涂層的防氧化和抗燒蝕設計。

目前，對于一維納米線陣列的制備方法主要包括氧化鋁模板法、催化劑輔助生長法、電化學沉積法。氧化鋁模板法是先將碳化物的前驅體注入模板中，后通過一定條件燒結，再將模板腐蝕，制備出納米線/管陣列。催化劑輔助生長法是先將催化劑通過蒸發、濺射、共沉淀的方式制備于基板上，再通過溶膠凝膠、化學氣相沉積、前驅體浸漬裂解的方式制備出納米線陣列。電解沉積法是在陽極先形成致密的氧化膜，由于發生氧化還原反應破壞電學性能較差的氧化膜，通過改變周圍電場強度，達到隨機溶解氧化膜。當沉積與溶解達到平衡即可實現納米線陣列的穩定生長。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種前驅體浸漬裂解與磁拉法原位制備3D碳化物納米線陣列的方法，提供一種前驅體浸漬裂解+磁拉技術原位合成碳化物納米陣列。該方法制備簡單、無污染且安全穩定，可大大提高碳化物納米材料的場發射性能和電磁波吸收性能，降低材料的場發射開啟電壓，增強基體與涂層的結合。可廣泛應用于陶瓷基復合材料(碳/碳、碳/陶、鎂基、鋁基復合材料)、樹脂基復合材料、場發射極靴材料以及硬質合金中，具有很好的經濟及社會效益。

技術方案