专利名称：一种制备SiC纳米线的方法
技术领域：
本发明涉及SiC纳米线，特指由木粉为碳源，含硅高分子先驱体为硅源制备SiC纳米线的方法，以木粉为碳源，固体聚硅氧烷为高分子前驱体，通过原位反应合成了 SiC纳米线，该方法制备工艺简单，成本较低，且高效利用了生物质废弃物。
背景技术：
碳化硅纳米线具有良好的力学、电学、化学稳定性及临界击穿电场、电子饱和迁移率等特性，在高温、高频、大功率、高密度集成电子器件等方面具有巨大的应用潜力；同时也可用于增强陶瓷、金属和高分子材料，从而制备得到性能优异的复合材料；近年来，利用含硅高分子前驱体为原料制备SiC纳米线受到人们的广泛关注，主要是利用有机先驱体，如聚硅氧烷(PSO)、聚碳硅烷(PCS)等在适当条件下合成SiC纳米线。其制备方法主要分为化学气相沉积法和原位合成法；文献“Ultra long SiC nanowires with fluctuatingdiameters synthesized in a polymer pyrolysis CVD route.Solid State Sc1., 2009，11 (12): 2167-2172”介绍了以聚碳硅烷为前驱体，采用化学气相沉积法制备了 SiC纳米线。文献 “Growth of β -SiC nanowires from SiBONC nano powder compacts.RareMetal Materials and Engineering, 2008, 37(3): 561-564” 介绍了以有机先驱体四氯化硅(SiCl4)为原料，制备了 SiBONC纳米粉体，并在SiBONC坯体表面原位合成了 SiC纳米线；文献“In situ growth of beta-SiC nanowires in porous SiC ceramics.J.Am.Ceram.Soc., 2005, 88(9): 2619-2621”介绍了以聚碳硅烷为前驱体，在多孔SiC陶瓷中原位合成了 SiC纳米线；采用上述方法制备SiC纳米线所用的含硅前驱体成本较高，制备条件苛刻，且合成的SiC纳米线产率较低；与上述制备方法相比，本发明制备的SiC纳米线可以使用废弃的木粉为碳源，聚硅氧烷为前驱体，具有成本低，工艺简单，产率较高等优点，也有望实现废弃物回收再利用。
发明内容
本发明的目的在于解决工艺复杂、成本较高、转化率低等问题，而提出一种
制备SiC纳米线的方法，以木粉为碳源与固体聚硅氧烷复合后，直接将粉末状混合原料在Ar气保护下烧结合成了 SiC纳米线，本发明的步骤如下:
(I)木粉预处理:将家装废弃后的杉木木屑经筛分后球磨，取出烘干，处理后的木粉筛分后取粒径小于32 μ m的木粉备用。(2)固体聚硅氧烷的合成:将含氢硅油为高分子先驱体，二乙烯基苯为交联剂，氯钼酸溶液为催化剂，超声振荡混合均匀后在120°C下交联12h后合成固体聚硅氧烷。(3)木粉和聚硅氧烷复合:采用木粉为碳源，聚硅氧烷为硅源，将木粉和聚硅氧烷球磨至均匀混合。(4)高温烧结:将上述混合均匀的粉末原料置于三氧化二铝瓷舟中再放入管式炉内，抽真空后并通入Ar气后高温烧结，烧结起始温度为50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保温15min后；以2°C /min的速度升温至400°C保温30min ;再以5°C /min的速度升温至1200°C -1400°C保温后冷却。步骤(I)中所述球磨的时间为24h，转速250r/min ；
步骤(2)中所述的含氢硅油、二乙烯基苯和氯钼酸的的质量比为6:3:1，氯钼酸溶液的浓度为11.3ppm ；
步骤(3)中所述木粉和聚硅氧烷的质量比为f 3:1，球磨时间为12h，球磨速率为250r/
min ；
步骤(4)中所述升温至1200-1400°C后的保温时间为3-5h，整个烧结过程中的Ar气流量为 0.lL/min。通过本方案的实施，本发明的有益效果在于以木粉为碳源，聚硅氧烷为高分子前驱体,通过原位反应合成SiC纳米线，本技术中原料来源范围较广，碳源来源于木粉，也可以来源于甘蔗粉、秸杆、烟杆等；本技术可以解决废弃物的回收再利用的问题，符合环境友好型；本技术可以简单、低成本，高产率地制备大量的SiC纳米线，产率可达35%，SiC纳米线产量与烧结温度、木粉和聚硅氧烷的质量比有关。温度越高或原料配比中聚硅氧烷含量较高时，获得的纳米线越多，产率越高，所合成的SiC纳米线直径长达几十微米，直径约20_80nm。
图1为本发 明所述产物的物相组成 图2为本发明所述产物的扫描电镜 图1为合成的纳米线的物相组成图，从图中可知该纳米线为SiC纳米线。图2为粉状原料烧结后生成的SiC纳米线的形貌图，类似棉絮状。图3为SiC纳米线的放大微观形貌图，从图中看出合成的SiC纳米线含量较多，粗细均匀，直径约10-70nm，长度达几十微米。
具体实施例方式实施例1
(1)将家装后的杉木木屑经筛分后球磨，球磨时间为24h，转速250r/min，将磨料取出烘干，处理后的木粉筛分后取粒径小于32 μ m备用；
(2)将含氢硅油、二乙烯基苯和氯钼酸的溶液(浓度为11.3ppm)按质量比为6:3:1混合均匀，然后在120°C下交联12h后合成固体聚硅氧烷；
(3)将木粉和聚硅氧烷按质量比1:1球磨至均匀混合，球磨时间为12h，球磨速率为250r/min ；
(4)将上述混合均匀的原料置于三氧化二铝瓷舟中再放入管式炉内，抽真空后并通入Ar气后高温烧结，整个过程中Ar气流量为0.1 L/min,烧结起始温度为50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保温15min后；以2°C /min的速度升温至400°C保温30min ;再以5°C /min的速度升温至1200°C保温3h后冷却至室温，即获得SiC纳米线。实施例2
(I)将家装后的杉木木屑经筛分后球磨，球磨时间为24h，转速250 r/min，将磨料取出烘干，处理后的木粉筛分后取粒径小于32 μ m备用；(2)将含氢硅油、二乙烯基苯和氯钼酸的溶液(浓度为11.3ppm)按质量比为6:3:1混合均匀，然后在120°C下交联12h后合成固体聚硅氧烷；
(3)将木粉和聚硅氧烷按质量比2:1球磨至均匀混合，球磨时间为12h，球磨速率为250r/min ；
(4)将上述混合均匀的原料置于三氧化二铝瓷舟中再放入管式炉内，抽真空后并通入Ar气后高温烧结，整个过程中Ar气流量为0.1 L/min,烧结起始温度为50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保温15min后；以2°C /min的速度升温至400°C保温30min ;再以5°C /min的速度升温至1200°C保温3h后冷却至室温，即获得SiC纳米线；
实施例3
(1)将家装后的杉木木屑经筛分后球磨，球磨时间为24h，转速250r/min，将磨料取出烘干，处理后的木粉筛分后取粒径小于32 μ m备用；
(2)将含氢硅油、二乙烯基苯和氯钼酸的溶液(浓度为11.3ppm)按质量比为6:3:1混合均匀，然后在120°C下交联12h后合成固体聚硅氧烷；
(3)将木粉和聚硅氧烷按质量比3:1球磨至均匀混合，球磨时间为12h，球磨速率为250r/min ；
(4)将上述混合均匀的原料置于三氧化二铝瓷舟中再放入管式炉内，抽真空后并通入Ar气后高温烧结，烧结起始温度为50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保温15min后；以20C /min的速度升温至400°C保温30min ;再以5°C /min的速度升温至1200°C保温3h后冷却至室温，整个过程中Ar气流量为0.1 L/min,获得SiC纳米线。实施例4· (1)将家装后的杉木木屑经筛分后球磨，球磨时间为24h，转速250r/min，将磨料取出烘干，处理后的木粉筛分后取粒径小于32 μ m备用；
(2)将含氢硅油、二乙烯基苯和氯钼酸的溶液(浓度为11.3ppm)按质量比为6:3:1混合均匀，然后在120°C下交联12h后合成固体聚硅氧烷；
(3)将木粉和聚硅氧烷按质量比2:1球磨至均匀混合，球磨时间为12h，球磨速率为250r/min ；
(4)将上述混合均匀的原料置于三氧化二铝瓷舟中再放入管式炉内，抽真空后并通入Ar气后高温烧结，烧结起始温度为50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保温15min后；以20C /min的速度升温至400°C保温30min ;再以5°C /min的速度升温至1300°C保温3h后冷却至室温，整个过程中Ar气流量为0.1 L/min,即获得SiC纳米线。实施例5
(1)将家装后的杉木木屑经筛分后球磨，球磨时间为24h，转速250r/min，将磨料取出烘干，处理后的木粉筛分后取粒径小于32 μ m备用；
(2)将含氢硅油、二乙烯基苯和氯钼酸的溶液(浓度为11.3ppm)按质量比为6:3:1混合均匀，然后在120°C下交联12h后合成固体聚硅氧烷；
(3)将木粉和聚硅氧烷按质量比2:1球磨至均匀混合，球磨时间为12h，球磨速率为250r/min ；
(4)将上述混合均匀的原料置于三氧化二铝瓷舟中再放入管式炉内，抽真空后并通入Ar气后高温烧结，烧结起始温度为50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保温15min后；以2°C /min的速度升温至400°C保温30min ;再以5°C /min的速度升温至1400°C保温3h后冷却至室温，整个过 程中Ar气流量为0.1 L/min,由于烧结温度更高，即获得SiC纳米线。
权利要求
1.一种制备SiC纳米线的方法，其特征在于包括如下步骤 (1)木粉预处理将家装废弃后的杉木木屑经筛分后球磨，取出烘干，处理后的木粉筛分后取粒径小于32 μ m的木粉备用； 固体聚硅氧烷的合成将含氢硅油为高分子先驱体，二乙烯基苯为交联剂，氯钼酸溶液为催化剂，超声振荡混合均匀后在120°C下交联12h后合成固体聚硅氧烷； (2)木粉和聚硅氧烷复合采用木粉为碳源，聚硅氧烷为硅源，将木粉和聚硅氧烷球磨至均匀混合； (3)高温烧结将上述混合均匀的粉末原料置于三氧化二铝瓷舟中再放入管式炉内，抽真空后并通入Ar气后高温烧结，烧结起始温度为50°C，以5°C /min的速度升至150°C，保温15min后；以2°C /min的速度升温至400°C保温30min ;再以5°C /min的速度升温至12000C -1400°C保温后冷却。
2.如权利要求I所述的一种制备SiC纳米线的方法，其特征在于步骤(I)中所述球磨的时间为24h，转速250r/min。
3.如权利要求I所述的一种制备SiC纳米线的方法，其特征在于步骤(2)中所述的含氢硅油、二乙烯基苯和氯钼酸的的质量比为6:3:1，氯钼酸溶液的浓度为11. 3ppm。
4.如权利要求I所述的一种制备SiC纳米线的方法，其特征在于步骤(3)中所述木粉和聚硅氧烷的质量比为广3:1，球磨时间为12h，球磨速率为250r/min。
5.如权利要求I所述的一种制备SiC纳米线的方法，其特征在于步骤(4)中所述升温至1200-1400°C后的保温时间为3-5h，整个烧结过程中的Ar气流量为O. lL/min。
全文摘要
本发明涉及SiC纳米线，特指由木粉为碳源，含硅高分子先驱体为硅源制备SiC纳米线的方法，以木粉为碳源，固体聚硅氧烷为高分子前驱体，通过原位反应合成了SiC纳米线，该方法制备工艺简单，成本较低，且高效利用了生物质废弃物。
文档编号C01B31/36GK103253671SQ201310080138
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者潘建梅, 程晓农, 严学华, 张成华, 卢青波 申请人:江苏大学