微-納米二氧化硅形貌結(jié)構(gòu)調(diào)控及其復(fù)合材料研究.pdf

1、本論文分三個(gè)層次進(jìn)行論述，一是研究SiO2從非晶態(tài)到晶態(tài)的相變行為;二是在乳突形微/納米SiO2和支化形微/納米SiO2（包括蜈蚣狀、樹枝狀和珊瑚狀微/納米SiO2）的制備和表征、生長(zhǎng)機(jī)理以及影響微/納米SiO2形貌結(jié)構(gòu)的因素等方面展開了較深入的研究;三是對(duì)用水熱法、化學(xué)氣相沉積法、共混法制備的微/納米SiO2核殼式復(fù)合材料和復(fù)合薄膜作了應(yīng)用性探索。研究?jī)?nèi)容既考慮了微米技術(shù)的前沿性和現(xiàn)實(shí)性，又著眼于納米科技的前瞻性和基礎(chǔ)性，因此，此研究

2、具有重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。
　　首先，以稻殼為原料，制備微/納米SiO2粉末，SEM、TEM和HRTEM表明，焙燒溫度小于570℃時(shí)，微/納米SiO2為非晶態(tài);當(dāng)焙燒溫度達(dá)到1080℃時(shí)，非晶態(tài)SiO2轉(zhuǎn)化為柱形晶態(tài)納米SiO2。焙燒溫度不僅是SiO2晶型轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵因素，而且對(duì)其純度和形貌結(jié)構(gòu)也影響很大。用有序原子集團(tuán)切變沉積機(jī)制解釋了SiO2相變行為。
　　其次，特殊形貌的微/納米SiO2的制備。一是采用酸堿兩步

3、法從稻殼中提取了原生原位的乳突形微/納米SiO2。研究結(jié)果表明，原生原位的乳突形微/納米SiO2為非晶態(tài)，并整齊有序地排列著在稻殼的外表面上，分為雙峰乳突、單峰乳突和瘤峰乳突三種類型;Si含量呈現(xiàn)遞增梯度。二是采用水熱法制備了不同形貌的支化形（包括蜈蚣狀、樹枝狀和珊瑚狀）微/納米SiO2。研究結(jié)果表明，支化形由基體和分枝組成，分枝的各向平均生長(zhǎng)速率和各向平均特征長(zhǎng)度各不相同，具有各向異性特征;原材料、壓力、溫度以及保溫時(shí)間等因素對(duì)支化形

4、微/納米SiO2形貌有很大的影響。氣相沉積-懸鍵輔助生長(zhǎng)機(jī)理解釋了支化形微/納米SiO2的生長(zhǎng)過程。
　　最后，采用不同的方法制備了三種微/納米SiO2復(fù)合材料。用水熱法制備了核-殼-支C@SiO2@SiO2三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，核心碳納米線為單晶結(jié)構(gòu)，殼層非晶態(tài)SiO2分兩層包覆碳納米線，最外層微/納米SiO2的形貌是支化形狀，懸鍵輔助沉積生長(zhǎng)機(jī)理解釋C@SiO2@SiO2的成形過程;用化學(xué)氣相沉淀法制備了制備SiC@SiO2核殼

5、式復(fù)合材料，直徑約為25～50nm，而長(zhǎng)度約為幾百微米，最長(zhǎng)可達(dá)幾個(gè)厘米。核心SiC納米線存在“凹洞”填隙缺陷和“凸結(jié)頭”缺陷。在438nm和464.5nm處有較強(qiáng)的PL性能。氣態(tài)SiO2沉積速率與SiC納米線生長(zhǎng)速率是否相匹配是調(diào)控微/納米SiC@SiO2結(jié)構(gòu)形貌的關(guān)鍵;通過共混法制備了SiO2/PI、CNT@SiO2/PI和SiC@SiO2/PI三種復(fù)合薄膜。微/納米SiO2在PI基體中分散均勻，具有較好的相容性，提高了復(fù)合薄膜的熱

6、穩(wěn)定性能，降低了介電常數(shù)。CNT@SiO2/PI復(fù)合薄膜的熱性能、硬度、耐磨性能、斷裂強(qiáng)度和電性能的測(cè)試結(jié)果表明，CNT@SiO2的加入能提高復(fù)合薄膜的各項(xiàng)性能，特別是耐磨性能的提高更為顯著。SiC@SiO2的加入，提高了SiC@SiO2/PI復(fù)合薄膜的熱穩(wěn)定性，體積電阻的下降致使導(dǎo)電性增強(qiáng)，機(jī)械性能，如斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，硬度、耐磨性，得到有效的提高。SiC@SiO2主要通過裂紋偏轉(zhuǎn)、SiC@SiO2拔出和橋接來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)補(bǔ)韌。