[發明專利]一種鏈珠狀碳化硅納米材料、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110040499.9
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112661159B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 李楊;龐亮;肖鵬
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01B32/977
• 分類號: C01B32/977
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 肖小龍;李瓊芳

本發明屬于碳化硅納米材料領域，具體提供一種鏈珠狀碳化硅納米材料、制備方法及其應用。本專利采用液相法制備前驅體溶液，再通過靜電紡絲對溶液在靜電力的作用下進行拉拔抽絲獲得一維SiC預制體纖維膜，最后通過熱處理去除雜質并結晶獲得大規模連續一維SiC納米材料。本發明制備具有鏈珠狀分級結構的一維SiC納米材料，是作為結構單元或復合組元的優質原料。它所具備的電學性能，在能量存儲和轉化、傳感、光電子以及場輻射等方面具有巨大的應用價值。鏈珠狀的分級結構，有望用于作為基體增強相來提高材料的機械性能。

技術領域

本發明屬于碳化硅納米材料領域，更具體地，涉及一種鏈珠狀碳化硅納米材料、制備方法及其應用。

背景技術

現有的技術當中，將材料納米化是獲得高性能功能材料的主流趨勢，尤其是針對在能源，醫學，環境保護等領域應用器件的功能元件。SiC作為新興的半導體材料，各種納米結構展現出不同電磁特性，已經實現了初步應用。一維SiC納米材料所具備的各項優異性能，尤其是在力學和電學特性方面比其微米材料和其他納米結構更具優勢。氣相法和液相法是制備一維SiC納米材料的有效手段，通過調控不同工藝參數可獲得不同結構的一維納米結構。同時，靜電紡絲技術是連續大規模制備長程一維納米材料的有效手段。此外，一維SiC納米材料可與其他材料復合，從而改善整體材料的機械性能和電學性能，從而滿足實際應用需求。

一維納米材料，如納米線/納米棒、納米針、納米管和納米棒等，由于其獨特的長徑比和物理化學特性，在力學、熱學、光學、電磁學等領域展現出巨大的潛在應用價值，在近十年來備受關注。目前，一維納米材料常用于能量存儲和轉化、傳感、光電子以及場輻射等納米器件的功能或結構元件。

作為半導體家族里的新成員，一維SiC納米材料表現出寬頻帶半導體特性，因此有望成為比Si更具前景的半導體材料。此外，一維SiC納米材料擁有比其微米材料更好的機械性能，更低的電導閾值和更易與其他材料復合等特性。種種優勢表明，一維SiC納米材料是作為電子和光電子納米器件的理想材料，并且在電磁能量的存儲、轉化與吸收方面也具有巨大的潛在應用價值。

目前，國內外一維SiC納米材料的制備方法主要分為氣相法和液相法。氣相法是通過在高溫條件下裂解預置前驅體化合物，于冷卻過程中在基體上形核并長大并形成納米結構。考慮的因素頗多，包括原料的調配、催化劑的種類、前驅體裂解溫度、前驅體化蒸汽時間、使用的載氣、周圍環境壓強、形核過程中的冷卻速率和納米結構與基底的結合等等，都是制備超細納米結構和高精度納米材料的有效手段。顯然，以氣相法來合成一維SiC納米材料需要在高溫下合成，對設備的耐高溫性（一般超過1200℃）和耐壓性有較高要求，工藝條件更為苛刻，從而導致制備成本大幅度上升。相對氣相法，液相法制備就無需以上苛刻條件，是一種更貼近實際應用的制備一維SiC納米材料的有效手段。目前，眾多研究工作者們已經成功通過水浴法和電化學刻蝕制備出具備各種形貌的一維SiC納米材料。然而，通過以上方法合成的納米結構主要分布于基體表面，對大規模制備及應用具有一定局限性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種工藝周期短、制備條件要求低和成品量大的鏈珠狀碳化硅納米材料的制備方法。該方法通過控制工藝參數，成功獲得具有鏈珠狀分級結構的一維SiC納米材料。

本發明的另一目的在于提供一種在能量存儲和轉化、傳感、光電子以及場輻射等方面具有巨大應用價值的鏈珠狀碳化硅納米材料。

本發明還有一目的在于提供一種鏈珠狀碳化硅納米材料在催化劑載體、電磁波吸收、氫氣存儲、功能復合材料、隔熱材料、高溫傳感器和超級電容器中的應用。

為實現上述目的，本發明技術方案如下：

本發明公開了一種鏈珠狀碳化硅納米材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.預紡絲溶液的配置：將硅源、碳源、溶劑按質量百分比為3~10：5~20：75~92混合，并攪拌均勻，得預紡絲溶液；