專利名稱：提高有機硅聚合物裂解法制備碳化硅納米材料純度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳化硅制備方法，更具體的說是涉及一種提高有機硅聚合物裂解
法制備碳化硅納米材料純度的方法。
背景技術：
碳化硅(SiC)是繼第一代半導體材料硅和第二代半導體材料砷化鎵(GaAs)后發(fā) 展起來的第三代半導體材料，具有優(yōu)良的導熱性、抗氧化性、耐腐蝕性及高的機械強度。同 時具有高臨界擊穿電場、高載流子飽和濃度等特點，使得它在軍用和航天領域的高溫、高 頻、大功率光電器件方面具有優(yōu)越的應用價值，納米技術的發(fā)展使碳化硅在納米結(jié)構材料、 功能材料等方面具有巨大的潛在應用價值。 有機硅聚合物裂解法是工業(yè)制備碳化硅常用的方法。在納米材料的合成方法中， 有機硅聚合物被引入具有特殊多孔結(jié)構的材料中，利用材料的多孔性，獲得具有一定特殊 結(jié)構的硅聚合物骨架，通過高溫裂解最終獲得具有特殊納米結(jié)構的碳化硅材料。在此過程 中，為防止氧氣對有機物的氧化反應，高溫裂解通常在保護氣氛下進行。盡管如此，由于反 應器結(jié)構或保護氣體的純度等種種因素，反應體系往往可能存在一定數(shù)量的氧氣，這部分 氧氣會在高溫下參與反應，導致碳化硅的表面有氧存在。另外，有機硅聚合物作為裂解原料 時，其組成本身也可能是聚硅氧烷，當環(huán)境中碳的含量不足時，往往也會導致產(chǎn)物中有氧的 存在，影響碳化硅的純度。很多用CVD法合成納米硅材料的文獻中，都提到在納米碳化硅的 表面有一層非晶態(tài)的二氧化硅，這說明在高溫反應過程中，要想完全排除氧對產(chǎn)物的影響 是很困難的。在有機硅裂解形成碳化硅的過程中，氧的存在會導致更多碳的損失和二氧化 硅的形成，因此造成炭化硅的產(chǎn)率降低，有時甚至因為碳的缺乏而無法得到碳化硅，這種情 況在納米尺寸的狀態(tài)下特別容易發(fā)生。因此，如何避免氧對反應的影響，是碳化硅制備工藝 中一個非常重要的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種提高有機硅聚合物裂解法制備碳化硅納 米材料純度的方法，該方法能夠有效阻止高溫氧氣對碳化硅制備反應的影響，獲得純相碳 化硅，也能夠提高納米結(jié)構碳化硅材料的產(chǎn)率。
本發(fā)明技術方案一種提高有機硅聚合物裂解法制備碳化硅納米材料純度的方
法，以模板法獲得的聚硅烷或聚硅氧烷納米管為前驅(qū)體，然后按照下列步驟操作 A、將所述前驅(qū)體與聚氯乙烯或聚乙烯醇混合在一起，將得到的混合物置于管式爐
中，通入氬氣，以2°C /分的速率升溫到1300-160(TC，恒溫2小時，冷卻，得到碳化硅和單質(zhì) 碳的混合物； B、將上述碳化硅和單質(zhì)碳的混合物在氧氣或含氧氣氣氛下，以2°C /分的速率升 溫到85(TC，恒溫2小時，冷卻，得到高純度碳化硅納米管。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明以有機聚合物和有機硅聚合物納米結(jié)構前驅(qū)體為原料，在一定溫度下熱處理它們的混合物，得到碳化硅與單質(zhì)碳的混合物，然后在氧氣或空氣 氣氛下去除單質(zhì)碳，得碳化硅納米材料。本發(fā)明操作簡單，最大限度的保持了納米結(jié)構的原 始特性，所制備的碳化硅納米材料純度高，產(chǎn)物收率高，能應用在所有預陶瓷聚合物前驅(qū)體 裂解制備碳化硅的過程中，有很好的應用前景。


圖1是實施例1所得樣品的XRD圖；
圖2是實施例2所得樣品的XRD圖；
圖3是比較例所得樣品的XRD圖。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明進一步詳細描述，一種提高有機硅聚合物裂解法制備碳 化硅納米材料純度的方法，以模板法獲得的聚硅烷或聚硅氧烷納米管為前驅(qū)體，然后按照 下列步驟操作 A、將所述前驅(qū)體與聚氯乙烯或聚乙烯醇混合在一起，將得到的混合物置于管式爐
中，通入氬氣，以2°C /分的速率升溫到1300-160(TC，恒溫2小時，冷卻，得到碳化硅和單質(zhì) 碳的混合物； B、將上述碳化硅和單質(zhì)碳的混合物在氧氣或含氧氣氣氛下，以2°C /分的速率升 溫到85(TC，恒溫2小時，冷卻，得到高純度碳化硅納米管。
實施例1 利用模板法獲得聚硅烷納米管結(jié)構前驅(qū)體，將前驅(qū)體與聚氯乙烯混合在一起，將 混合物置于管式爐中，通入氬氣，以2°C /分的速率升溫到140(TC，恒溫2小時，冷卻，得到 碳化硅和單質(zhì)碳的混合物。將所得混合物在氧氣氣氛下，以2°C /分的速率升溫到850°C， 恒溫2小時，冷卻，得到純碳化硅納米管。XRD如圖l所示。所得碳化硅納米管分散均勻，沒 有相互熔融現(xiàn)象，納米管狀結(jié)構良好。
實施例2 利用模板法獲得聚硅氧烷納米管結(jié)構前驅(qū)體，將前驅(qū)體與聚乙烯醇混合在一起， 將混合物置于管式爐中，通入氬氣，以2°C /分的速率升溫到150(TC，恒溫1小時，冷卻，得 到碳化硅和單質(zhì)碳混合物。將所得混合物在空氣氣氛下，以2°C /分的速率升溫到S5(TC， 恒溫2小時，冷卻，得到最終產(chǎn)物。如圖2所示，X射線衍射測試顯示產(chǎn)物為13型碳化硅。
納米結(jié)構保持完整。
比較例 利用與實施例2相同的聚硅氧烷納米管結(jié)構作為前驅(qū)體，直接將少量前驅(qū)體置于 管式爐中，通入氬氣，以2°C /分的速率升溫到150(TC，恒溫1小時，冷卻，得到最終產(chǎn)物，如 圖3所示，X射線衍射測試顯示產(chǎn)物中存在二氧化硅方石英相結(jié)構，沒有碳化硅，說明管式 爐中殘留的氧已經(jīng)將聚硅氧烷前驅(qū)體中的碳原子氧化掉。比較例的結(jié)果顯示，有機聚合物 的加入，能有效阻止納米前驅(qū)體與氧發(fā)生反應，可以提高裂解法制備碳化硅的產(chǎn)率和純度， 有效避免殘留氧對產(chǎn)物結(jié)構的影響。 所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術方案所作的任何等效變換，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種提高有機硅聚合物裂解法制備碳化硅納米材料純度的方法，以模板法獲得的聚硅烷或聚硅氧烷納米管為前驅(qū)體，然后按照下列步驟操作A、將所述前驅(qū)體與聚氯乙烯或聚乙烯醇混合在一起，將得到的混合物置于管式爐中，通入氬氣，以2℃/分的速率升溫到1300-1600℃，恒溫2小時，冷卻，得到碳化硅和單質(zhì)碳的混合物；B、將上述碳化硅和單質(zhì)碳的混合物在氧氣或含氧氣氣氛下，以2℃/分的速率升溫到850℃，恒溫2小時，冷卻，得到高純度碳化硅納米管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高有機硅聚合物裂解法制備碳化硅納米材料純度的方法，以模板法獲得的聚硅烷納米管為前驅(qū)體，然后將所述前驅(qū)體與聚氯乙烯或聚乙烯醇混合在一起，將得到的混合物置于管式爐中，通入氬氣，以2℃/分的速率升溫到1300-1600℃，恒溫2小時，冷卻，得到碳化硅和單質(zhì)碳的混合物；將混合物在氧氣或含氧氣氣氛下，以2℃/分的速率升溫到850℃，恒溫2小時，冷卻，得到高純度碳化硅納米管。本發(fā)明操作簡單，最大限度的保持了納米結(jié)構的原始特性，所制備的碳化硅納米材料純度高，產(chǎn)物收率高，有良好的應用前景。
文檔編號B82B3/00GK101696011SQ200910197788
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權日2009年10月28日
發(fā)明者萬傳云 申請人:上海應用技術學院;