22納米碳化硅的制備方法及研究進展

1、納米碳化硅的制備方法及研究進展 納米碳化硅的制備方法及研究進展 郝斌 張萌 （唐山學院 環(huán)境與化學工程系 河北 唐山 063000） 摘要 摘要：納米 SiC 材料是多種性能非常優(yōu)越的材料，本文對納米碳化硅的研究進展做了綜述，并介紹了幾種常用的制備納米碳化硅粉體、碳化硅納米線的方法，同時就其應(yīng)用及大規(guī)模生產(chǎn)方面簡述了其各自的特點，并提出了一些需要 注意的問題。 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞：納米碳化硅；制備方法；研究進展Preparation of

2、Nano-SiC and Research ProgressHao Bin, Zhang Meng(Tangshan College, Department of Enviromental and Chemical Engineering, Hebei Tangshan 063000)Abstract: The nanometer SiC material was the many kinds of performance extrem

3、ely superior material, this article has made the summary to the nanometer silicon carbide research progress, and introduced several kind of commonly used preparation nanometer carbonization silica flour body, the silicon

4、 carbide accepted the rice-flour noodle the method, simultaneously has summarized its respective characteristic on its application and the large scale production aspect, and asked some need attention question.Key words:

5、 nano-silicon carbide; preparation method; research progress1 引言 引言納米材料的出現(xiàn)是 21 世紀材料科學發(fā)展的重要標志，它所表現(xiàn)出的強大的科學生命力不僅是因為揭示出科學的深刻物理含義，而更重要的是它所發(fā)現(xiàn)的新結(jié)構(gòu)、新現(xiàn)象、新效應(yīng)源源不斷地被用來開發(fā)具有新結(jié)構(gòu)、新性能的固體器件，對通訊、微電子等高新技術(shù)產(chǎn)生極其深遠的影響。納米碳化硅具有良好的導(dǎo)熱性、化學穩(wěn)定性、抗熱震性等優(yōu)

6、點，而且能夠在高溫、強腐蝕性等苛刻條件下使用，使得它成為化學反應(yīng)中催化劑載體的理想材料，并且已經(jīng)被成功應(yīng)用于一些重要的化學反應(yīng)中，如：低溫脫硫、催化氧化、汽車尾氣的凈化、甲烷偶聯(lián)、直鏈烷烴的異構(gòu)化等[1]。所以，對納米碳化硅材料制備方法的研究具有十分重要的意義。注的研究對象之一。尤其是一維納米材料的合成方法、物理性質(zhì)和應(yīng)用研究逐漸成為人們研究的熱點。近些年來，人們對具有一維納米結(jié)構(gòu)的 SiC 產(chǎn)生極大的興趣，這是因為理論計算和試驗結(jié)果都

7、表明，SiC 納米線的彈性、硬度、韌性等機械性能都比 SiC 塊體、SiC 晶須要高[8]。一維納米結(jié)構(gòu)的 SiC 極有希望成為陶瓷、金屬、聚合物基材料的增強劑。目前制備一維納米結(jié)構(gòu)的 SiC 主要有碳納米管模板生長法（又叫碳納米管限制反應(yīng)法） 、還原碳化法、激光燒蝕法、電弧放電法、流動催化劑法和熱解有機前驅(qū)體法。下面就部分方法做下介紹：3.1.1 電弧放電法[9]電弧放電法是將含有 Fe 元素的 SiC 棒作為陽極，石墨作為陰極，在低

8、氣壓下進行電弧放電，在反應(yīng)室的石英管內(nèi)壁上形成 SiC 納米線。在電弧放電過程中，高溫使得陽極頂端的 SiC 分解為 Si 和 C。同時，除了放電加熱外，SiC 陽極自身由于高電阻而發(fā)熱，使得陽極沿軸向的溫度高于 Fe 的熔點，SiC 棒內(nèi)的Fe 融化蒸發(fā)，對納米 SiC 晶須的生長起催化作用。這種方法使用的原材料易得，設(shè)備簡單，材料成本低，有條件成為大規(guī)模生產(chǎn)制備 SiC 納米晶須的前提。3.1.2 熱解有機前軀體法將商用六甲基二硅烷

9、放入坩堝，然后放入石英管式爐中，將三氧化二鋁基板置于氣流下游離坩堝約 10cm 處。待管內(nèi)的空氣排盡后，在氬氣的保護下，以 10℃/min 的速度加熱到 1200℃并保溫 2h，自然冷卻到室溫，在三氧化二鋁基板上得到一層白色羊毛狀的 SiC 納米線。與化學氣相沉積一樣，這些新的SiC 粒子沉積在正在生長的納米線頂端最終形成超長的 SiC 納米線。這種合成方法溫度要求較低，原料便宜，過程簡單，不用 任何催化劑，可以大面積合成SiC 納米線

10、，并且生成的 SiC 納米線長度達到毫米級。3.1.3 還原碳化法對于 SiC 晶體這種重要的功能性材料，傳統(tǒng)的物理熱蒸發(fā)的合成方法需要在高于 1000℃的高溫下完成。所以，為了降低工業(yè)成本，需要尋求有效的 SiC晶體的低溫合成方法。錢[10]等人以金屬鈉為還原劑、活性炭和四氯化硅為反應(yīng)物，通過快速還原碳化的路線，600℃合成了β-SiC 納米晶。此種方法反應(yīng)溫度低，節(jié)省能源，相應(yīng)降低了工藝難度。3.1.4 溶劑熱方法溶劑熱合成技術(shù)是最