專利名稱：一種碳化硅納米線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬一種碳化硅納米材料的制備方法，具體地說涉及一種利用棉花為原料制 備碳化硅納米線的方法。
背景技術(shù)：
納米材料在電子、光電子、機(jī)械等方面都有極其重要的應(yīng)用，其優(yōu)異的物理及化學(xué) 性能已經(jīng)引起了科學(xué)工作者的高度關(guān)注。作為一種重要的半導(dǎo)體和陶瓷材料，碳化硅(Sic) 具有禁帶寬、飽和電子漂移速度大、臨界雪崩擊穿電場高和熱導(dǎo)高的特點(diǎn)，在大功率、耐高 溫和抗輻射器件方面具有重要的應(yīng)用價值。與常規(guī)Sic材料相比，SiC納米線具有較強(qiáng)的 量子尺寸效應(yīng)，其光學(xué)及場發(fā)射性能更為優(yōu)越。碳化硅由于其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于冶 金、機(jī)械制造、航空航天等各個領(lǐng)域。目前已經(jīng)有很多SiC納米線的制備方法。中國專利(公開號CN 1834309A)公開了 一種合成兩種不同形貌的碳化硅納米線的方法，該方法將Si粉與多壁碳納米管作為原材 料置于氧化鋁坩堝內(nèi)，將坩堝置于氬氣氣氛下的真空高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)，升溫至1410-1600°C， 恒溫3-9個小時，即得到直的、直徑分布較均勻的并且無層錯等缺陷的碳化硅納米線和具 有葫蘆狀納米碳化硅。中國專利(公開號CN 1962433A)公開了一種制備含有半生非晶態(tài) 球狀結(jié)構(gòu)的碳化硅納米線的方法。該方法按照碳硅比為2 1-5的比例配制蔗糖和硅溶膠 的透明溶膠，在溫度為60-95°C下對其進(jìn)行凝膠化處理，所得凝膠置于氬氣氣氛下的燒結(jié)爐 內(nèi)，以5-30°C的升溫速率進(jìn)行加熱，在1350-1700°C溫度下燒結(jié)0. 5-4小時，冷卻到室溫即 得到含有半生非晶態(tài)球狀結(jié)構(gòu)的碳化硅納米線。中國專利(公開號CN1281910)公開了一 種采用溶膠凝膠法制備碳化硅納米晶須的方法，該方法是將凈碳質(zhì)溶膠和凈硅溶膠按碳和 硅摩爾比(3 8)于室溫下攪拌混合24小時，制得二元凈碳質(zhì)-硅溶膠；在100-150°C干 燥4-6小時得干凝膠，或進(jìn)行超臨界干燥20-180分鐘，得到二元?dú)饽z，然后進(jìn)行碳熱還原 反應(yīng)，最后脫碳、脫Si02，制得純納米碳化硅線。目前現(xiàn)有的碳化硅專利制備技術(shù)大多工藝復(fù)雜，操作繁瑣。如中國專利(公開號 CN 1281910)需首先制備碳質(zhì)溶膠和凈硅溶膠，然后將兩者混合再進(jìn)行反應(yīng)。這些制備技術(shù) 在實際應(yīng)用中受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、易于大規(guī)模生產(chǎn)碳化硅納米線的制備方法。本發(fā)明按以下步驟完成(1)、前驅(qū)體制備把硝酸鹽溶解于乙醇或水中，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% _5%，然后 向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃為硅源的物質(zhì)，再將棉花浸漬其中，將棉花取出后，在 60-110°C條件下干燥5-30小時，得到碳化硅前驅(qū)體；所用棉花、硝酸鹽和以氧化硅計的硅源的質(zhì)量比為1 0.025-0.2 0.1-10;
(2)、碳熱還原將碳化硅前軀體在氬氣保護(hù)下，升溫至1100-1400°C進(jìn)行碳熱還 原反應(yīng)3-20小時，反應(yīng)后自然冷卻至室溫，得到初級反應(yīng)產(chǎn)物；(3)、熱處理將初級反應(yīng)產(chǎn)物在空氣中加熱到600-800°C，灼燒1-5小時，除去未 反應(yīng)的碳；(4)、酸洗用體積比為1 1-5的鹽酸與氫氟酸的混合酸浸泡12-48小時，去除產(chǎn) 物中多余的二氧化硅，再經(jīng)洗滌、過濾、烘干，最終得到碳化硅納米線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)是采用一種操作簡單易行的方法制備出碳化硅納 米線。在該技術(shù)中，棉花為碳源，正硅酸乙酯或水玻璃為硅源，通過簡單的浸漬方法實現(xiàn)了 前軀體的制備。實驗所需工藝流程簡單、操作安全、設(shè)備簡單、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短，產(chǎn) 品純度高。


圖1為本發(fā)明實施例1、實施例2、實施例3和實施例4產(chǎn)物的XRD譜圖；圖2為本發(fā)明實施例1產(chǎn)物的TEM照片；圖3為本發(fā)明實施例2產(chǎn)物的TEM照片；圖4為本發(fā)明實施例3產(chǎn)物的TEM照片；圖5為本發(fā)明實施例4產(chǎn)物的TEM照片。如圖所示，圖1的XRD譜圖中五個主要衍射峰的20分別在35.6°，41. 5°， 60. 0° ,71. 8° ,75. 5°，對應(yīng)著立方晶型 3-SiC 的(111)、(200)、(220)、(311)和(222)晶 面。圖2至圖5中的碳化硅主要由納米線組成。實施例11、將0. 3克硝酸鐵溶于8克乙醇中，后加入36克正硅酸乙酯，將2克棉花浸漬其 中。將混合物于60°C下烘干5小時，得到碳化硅前驅(qū)體。2、將碳化硅前軀體放入管式高溫爐中，通入氬氣，升溫至1100°C，恒溫反應(yīng)20小 時后，自然冷卻至室溫。3、所得初級反應(yīng)產(chǎn)物在600°C空氣中氧化5小時，再用體積比為1 1. 5的鹽酸與 氫氟酸的混合酸浸泡12小時，最后經(jīng)洗滌、過濾、烘干制得碳化硅納米線。實施例21、將0. 1克硝酸鐵溶1克水中，然后加入10克水玻璃中，再將4克棉花浸漬其中。 將混合物于70°C下烘干10小時，得到碳化硅前驅(qū)體。2、將碳化硅前軀體放入管式高溫爐中，通入氬氣，升溫至1200°C，恒溫反應(yīng)10小 時后，自然冷卻至室溫。3、所得初級反應(yīng)產(chǎn)物在700°C空氣中氧化4小時，再用體積比為1 2的鹽酸與氫 氟酸的混合酸浸泡15小時，最后經(jīng)洗滌、過濾、干燥制得碳化硅納米線。實施例31、將0. 15克硝酸鎳溶于4克水中，然后加入0. 5克正硅酸乙酯，再將1克棉花浸 漬其中。將混合物于80°C下烘干24小時，得到碳化硅前驅(qū)體。2、將碳化硅前軀體放入管式高溫爐中，通入氬氣，升溫至1300°C，恒溫反應(yīng)8小時 后，自然冷卻至室溫。
3、所得初級反應(yīng)產(chǎn)物在800°C空氣中氧化3小時，再用體積比為1 3的鹽酸與氫 氟酸的混合酸浸泡24小時，最后經(jīng)洗滌、過濾、干燥制得碳化硅納米線。實施例41、將0. 6克硝酸鈷溶于15克乙醇中，然后加入9克正硅酸乙酯，再將3克棉花浸 漬其中。將混合物于100°C下烘干30小時，得到碳化硅前驅(qū)體。2、將碳化硅前軀體放入管式高溫爐中，通入氮?dú)?，升溫?400°C，恒溫反應(yīng)5小時 后，自然冷卻至室溫。3、所得初級反應(yīng)產(chǎn)物在700°C空氣中氧化3小時，再用體積比為1 3的鹽酸與氫 氟酸的混合酸浸泡30小時，最后經(jīng)洗滌、過濾、干燥制得碳化硅納米線。
權(quán)利要求
一種碳化硅納米線的制備方法，其特征在于秦包括如下步驟(1)、前驅(qū)體制備把硝酸鹽溶解于乙醇或水中，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％-5％，然后向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃為硅源的物質(zhì)，再將棉花浸漬其中，將棉花取出后，在60-110℃條件下干燥5-30小時，得到碳化硅前驅(qū)體；所用棉花、硝酸鹽和以氧化硅計的硅源的質(zhì)量比為1∶0.025-0.2∶0.1-10；(2)、碳熱還原將碳化硅前軀體在氬氣保護(hù)下，升溫至1100-1400℃進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)3-20小時，反應(yīng)后自然冷卻至室溫，得到初級反應(yīng)產(chǎn)物；(3)、熱處理將初級反應(yīng)產(chǎn)物在空氣中加熱到600-800℃，灼燒1-5小時，除去未反應(yīng)的碳；(4)、酸洗用體積比為1∶1-5的鹽酸與氫氟酸的混合酸浸泡12-48小時，去除產(chǎn)物中多余的二氧化硅，再經(jīng)洗滌、過濾、烘干，最終得到碳化硅納米線。
全文摘要
一種碳化硅納米線的制備方法是把硝酸鹽溶解于乙醇或水中，溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％-5％，然后向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃為硅源的物質(zhì)，再將棉花浸漬其中，將棉花取出后，在60-110℃條件下干燥5-30小時，得到碳化硅前驅(qū)體；將碳化硅前軀體在氬氣保護(hù)下，升溫至1100-1400℃進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)3-20小時，反應(yīng)后自然冷卻至室溫，得到初級反應(yīng)產(chǎn)物；將初級反應(yīng)產(chǎn)物在空氣中加熱到600-800℃，灼燒1-5小時，除去未反應(yīng)的碳；用體積比為1∶1-5的鹽酸與氫氟酸的混合酸浸泡12-48小時，去除產(chǎn)物中多余的二氧化硅，再經(jīng)洗滌、過濾、烘干，最終得到碳化硅納米線。本發(fā)明具有工藝流程簡單、操作安全、設(shè)備簡單、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品純度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C01B31/36GK101850972SQ20101021009
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者孟帥, 王英勇, 郭向云, 靳國強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所