纳米碳化硅的制备、表征及应用
纳米材料是纳米科学与技术的基础,它在信息存储、光电装置、催化和传感器等许多领域发挥着越来越重要的作用,其制备与应用一直是科学工作者的研究热点.
碳化硅(SiC)是一种性能优异的半导体材料,具有很多优异的性能,例如禁带宽度大、热传导率高、热稳定性强、抗氧化及耐腐蚀等.这些特点使得它可用于高温、高频、大功率以及条件苛刻的环境中.它不仅是陶瓷、金属及聚合物基体复合材料的理想增强剂,而且还可作为吸波材料应用在军事武器中.
目前制各碳化硅纳米材料的方法很多,包括形状记忆法,化学气相沉积及溶胶凝胶和碳热还原等.制备碳化硅所采用的碳源也各种各样,如石墨、煤、酚醛树脂等.本文采用废弃塑料、棉花等作为碳源前躯体通过碳热还原方法制备了具有不同结构与形貌的低维碳化硅纳米材料,通过现代分析手段对其结构进行深入研究,并对不同碳化硅纳米材料的力学和吸波性能进行了初步测试.具体包括以下几个方面的内容:
1.分别以废弃矿泉水瓶和餐盒为碳源前躯体,通过简单的碳热还原反应制备了粒径在5-20 nm和30-70 nm的SiC纳米颗粒.利用废弃塑料袋为碳源前躯体,合成了SiC纳米线.在氮气的保护下,废弃塑料可用来合成不同结构的氮掺杂SiC和Si3N4纳米材料.
2.利用棉花为碳源前躯体和模板通过碳热还原反应制备了SiC微米管.微米管的长度在几十到数百微米,直径介于几微米至二十微米,微米管表面由绒毛状β-SiC纳米线组成.
3.以氧化镍为剪裁剂,通过氧化镍高温反应实现了SiC纳米线的剪裁.通过改变碳化硅与氧化镍物质的量比,得到了平均长径比不同的SiC纳米线,并提出了SiC纳米线剪裁的可能过程.制备了不同长径比SiC纳米线增强的环氧树脂复合材料,在含量一定的情况下,SiC纳米线长径比越小,增强效果越好.不同尺寸的SiC纳米颗粒增强的环氧树脂复合材料,在含量一定的情况下,SiC纳米颗粒越小,增强效果越好.
4.在2-18GHz范围测试了不同SiC纳米结构的吸波性能.相比尺寸较大的SiC纳米颗粒,尺寸小分布窄的SiC纳米颗粒具有更好的吸波性能.孪晶结构和具有较小长径比的SiC纳米线与表面光滑、长径比较大的SiC纳米线相比,吸波性能前者更加优良.与不含碳的SiC微米管相比,含碳SiC微米管具有独特的吸波性能,涂覆层厚度0.5mm时即可拥有较好的吸波效果.
- 作者：
- 孟帅
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 博士
- 学位年度：
- 2011年
- 导师姓名：
- 郭向云；靳国强
- 关键词：
- 碳化硅；废弃塑料；吸波性能；纳米材料
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