5.4.3 纳米晶须复合材料的制备

5.4.3 纳米晶须复合材料的制备

纳米晶须是人工控制条件下以单晶结构形式生长的尺寸细小的高纯度针状纤维材料。目前多糖纳米晶须的利用与开发主要面临两个问题:一是原材料的开发与初步提取中产率低;二是制备过程能耗高,对环境破坏大,产生的废料难以回收。以纳米碳化硅晶须复合材料为例,主要制备方法有:

1)形貌记忆合成法

其主要含义是起始固体反应物的宏观结构在合成反应前后还能够得到一定程度保持。1988年法国人Ledoux和他的同事首次提出并采用该方法制备了高比表面积碳化硅和不同结构的SiC材料。之后人们沿用这种方法,制备出了碳化硅纳米线、纳米管、纳米球及高比表面碳化硅等。

2)溶胶-凝胶和碳热还原法

溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体,在液相下将这些原料均匀混合,并进行水解、缩合化学反应,在溶液中形成稳定的透明溶胶体系,溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构的凝胶,凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂,形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米结构的材料。由于它成本低,工艺过程简单,以及相对较低的反应温度,成为制备碳化硅的常用方法。溶胶凝胶法过去常用于制备碳化硅粉末,碳化硅纤维和碳化硅晶须,现在也用来制备一些先进的碳化硅材料如纳米线、纳米棒、纳米颗粒或纳米晶须等。

由于溶胶凝胶过程能够得到均匀的SiC而受到关注。在反应过程中一般采用炭黑、活性炭、碳纤维、酚醛树脂、淀粉、蔗糖等作为碳原,以硅酸的溶胶体为硅源。也有人采用有机硅的高聚体(即在同一分子中既有碳原也有硅源)通过热解得到碳化硅。

3)碳纳米管限制反应

碳纳米管限制反应是一种通过碳纳米管与挥发性金属氧化物、氯化物反应合成一维纳米材料的方法。选择该种方法的前提是由于碳纳米管耐高温、碳原子的蒸气压低,当系统中增加一种较高蒸气压的物质,那将可能使其分子迁移到碳纳米管的周围,附着在它的表面或扩散到其内部。由于反应被限制在碳纳米管中,导致生成的碳化硅只能具有一维形态。

4)化学气相沉积法(https://www.daowen.com)

化学气相沉积法通常是指反应物经化学反应和凝结过程,生成特定产物的方法。化学气相沉积可以是单一化合物的热分解,该化合物必须具备产物所需的全部元素。另外,还可以通过两种以上物质之间的气相反应,这种方法可以有多种组合,其优点是可以制备出纯度很高的碳化硅。

5)弧光放电法

弧光放电法是制备纳米碳化硅的最重要的方法之一。其原理是利用弧光放电可以使反应的温度高达2000℃以上,使反应物加速合成,同时可促使催化剂和其他杂质在高温下挥发掉,得到纯度较高的纳米碳化硅颗粒和碳化硅纳米线。

6)化学腐蚀法

化学腐蚀是把微米量级的SiC粉末放在腐蚀液中并通过光照或加热的方式进行腐蚀而得到样品的方法。

7)电化学腐蚀法

电化学腐蚀法是在阳极放置要腐蚀的样品,如Si、SiC多晶片等,在阴极加钼、铂等金属电极,再加电流,辅以光照等,对阳极样品进行腐蚀来得到多孔纳米材料。

8)磁控溅射法

把碳离子和硅离子溅射到二氧化硅衬底上,然后通过高温退火处理,最后得到SiC纳米颗粒。