具有气凝胶结构特征的C/SiO2和C/SiC复合材料研究进展

具有气凝胶结构特征的C/SiO_2和C/SiC复合材料因其多样的结构存在形式和多孔、轻质、耐高温等特性,在高温隔热、吸附、催化、储氢、光电等多种领域具有广泛的应用前景和研究价值。依据硅源与碳源的不同引入方式,本文综述了采用共聚法、浸入法和聚合物先驱体热解法制备的具有气凝胶结构特征的C/SiO_2和C/SiC复合材料的研究现状。借助碳材料与SiO_2两者间的相对存在形式,探讨了这三种工艺方法制备C/SiO_2和C/SiC复合材料的工艺特点,分析了材料所呈现的组织结构特征、合成机理和性能特点,并对其潜在的应用前景进行了展望。硅与碳之间多样的复合方式使C/SiO_2和C/SiC复合材料呈现出多样的材料特征和特性,为相关研究开辟了新的方向。

块状低密度C/SiO_2复合气凝胶的制备

采用溶胶凝胶法结合CO_2超临界干燥工艺制备间苯二酚甲醛/SiO_2(RF/SiO_2)复合气凝胶,RF/SiO_2气凝胶高温炭化得到块状低密度C/SiO_2复合气凝胶研究反应物质量分数对溶胶凝胶过程和热处理过程的影响,考察不同热处理温度对C/SiO_2复合气凝胶孔结构的影响。结果表明:反应物质量分数为13%时,RF/SiO_2气凝胶受热处理工艺的影响较小,炭化温度升高至1200℃对C/SiO_2气凝胶网络结构有明显的改善作用。

介孔C／SiO2粉体的制备及对阳离子型染料的吸附

采用吸附法处理染料废水需要合适的吸附剂。利用溶剂蒸发自组装法，以甲阶酚醛树脂为碳源、介孔SiO2粉体为载体制备介孔C/SiO2粉体，表征所制C/SiO2粉体的结构，研究C/SiO2粉体对阳离子型染料亚甲基蓝和阳离子红X-GRL的吸附性能，并与相同条件下制备的非负载的多孔C粉体以及介孔SiO2载体进行比较。结果表明，介孔C/SiO2粉体的孔窗口为11-18 nm，比表面积为303 m^2·g^-1，比孔容为1.11 cm^3·g^-1；C/SiO2粉体对这两种染料吸附量均高于C粉体和SiO2载体；在pH≤10的范围内，吸附量随pH值增大而显著提高。

稻壳制C/SiO_2微粉的特性及其增强环氧树脂

以稻壳为原料,经磷酸浸渍,在400～600℃干馏炭化,行星式球磨机球磨后用KH570表面处理得到C/SiO2微粉,对其进行了XRD衍射、比表面积、孔径分布、红外、扫描电镜和差热等分析表征。C/SiO2微粉样品的比表面积为308m2/g,孔径分布主要集中于80nm～140nm,中位径3.34μm。以C/SiO2微粉为改性剂增强环氧树脂,使复合体系的力学性能较纯环氧体系的有显著提高。

基于杨梅单宁制备Pt/SiO_2-C催化剂及其对肉桂醛选择性催化加氢性能

以天然植物多酚杨梅单宁(BT)改性的SiO2为载体,经吸附Pt4+、Na BH4还原和碳化处理制得Pt/SiO2-C催化剂.对所制备的催化剂进行了表征,并考察了催化剂对肉桂醛液相选择性催化加氢的性能.结果表明,由于杨梅单宁分子的分散稳定作用,使碳化过程中纳米Pt粒子粒径适度增长且保持高度分散.碳化温度影响杨梅单宁的脱除效果、纳米Pt粒子晶型与粒径,以及载体的比表面积与孔径,最终影响肉桂醛催化加氢性能.500℃碳化处理得到的Pt/SiO2-C-500催化剂的催化性能最佳,在乙醇为溶剂,323.25 K和2MPa氢压条件下,肉桂醛6 h转化率为82.98%,生成肉桂醇的选择性达到91.33%,表现出较高的催化活性和选择性.同时,该催化剂重复使用5次后其催化活性仍为第一次反应活性的81.18%,体现出优良的重复使用性.

Au@SiO_2修饰电极的制备及对Cyt c的直接电化学研究

研究Au@SiO2复合纳米材料修饰电极的制备方法及其对细胞色素c(Cytc)的电催化行为.Cytc在该修饰电极上表现出一对氧化还原峰,且在1.0×10-7～2.0×10-5mol/L浓度范围内.Cytc峰电流与浓度呈良好的线性关系,检测下限为5.0×10-8mol/L(S/N=3).还应用紫外可见光谱考察了Au@SiO2复合纳米材料的生物兼容性,结果表明,Au@SiO2材料为Cytc提供了一个“近水”的微环境,使其在该修饰电极表面不易变性,因而具有良好的生物相容性.

采用Ag-Cu-Ti钎料真空钎焊SiO_(2f)/SiO_2复合陶瓷与C/C复合材料

分别在880℃/10min和880℃/60min规范下,采用Ag-Cu-Ti活性钎料实现了SiO2f/SiO2复合陶瓷与C/C复合材料的真空钎焊连接,通过电子探针(EPMA)、能谱仪(XEDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了接头微观组织,室温下测试了接头的抗剪强度。结果表明:两种规范下所得接头界面结合良好,接头中靠近两侧母材均形成了一层扩散反应层,钎缝基体主要由均匀的共晶组织组成。880℃/10min规范下钎焊接头界面产物依次为:SiO2f/SiO2→Ti4O7→Ti5Si4+Cu(s,s)+Ag-Cu共晶合金→TiC→C/C;对于880℃/60min规范下的接头,界面组织结构与保温10min的接头基本类似,但是不存在Cu(s,s),并且接头反应层明显增厚。880℃/60min条件下所得钎焊接头剪切强度平均值为16.6MPa。

新型C[6]/SiO_2/CdTe NPs荧光探针对乙二胺的识别和检测

基于杯芳烃对分子的识别特性和量子点的高荧光特性，合成了脱叔丁基杯[6]芳烃的溶胶凝胶修饰二氧化硅包覆的碲化镉半导体纳米粒子，得到了新型的水溶性复合纳米粒子，并用。HNMR谱图、红外光谱、荧光光谱、紫外光谱、透射电镜进行了表征，并以新型的水溶性复合纳米粒子为荧光探针对客体分子乙二胺进行了识别和检测，使得乙二胺在5．0～150．0nmol·L^-1范围内具有良好的线性关系，r=0．99913，最低检出限为5．7Onmol·L^-1。此荧光探针与客体分子乙二胺之间的相互作用，借以朗缪尔等温式加以解释，验证了新型的荧光探针对分子的识别具有高灵敏度、高荧光性、高选择性和高稳定性等优越特点。

还原气氛下SiO_2在Al_2O_3-Al-C材料中作用机理研究

本试验借助金属过渡塑性相理论,在Al2O3-C系耐火材料中引入中金属铝粉和SiO2粉,研究空气气氛埋碳条件,不同烧成温度下Al、SiO2的高温反应行为及产物的变化。对烧成后的试样进行XRD物相检测及SEM显微结构分析,发现不添加SiO2的试样中单质Al已经不存在,在材料的气孔中生成大量AlN纤维;添加SiO2的试样中单质Al和SiO2都已经不存在,且形成了大量纤维及六方片状晶体,经XRD及EDS检测,确定该物相为SiAl5O2N5。

炭/炭复合材料表面SiC/ZrSiO_4-SiO_2复合涂层的氧化行为（英文）

为提高炭/炭(C/C)复合材料的高温抗氧化性,采用包埋–刷涂法在其表面制备SiC/ZrSiO_4-SiO_2(SZS)复合涂层。研究SZS复合涂层包覆C/C复合材料在1500°C下不同氧分压测试环境下的抗氧化性能以及1500°C至沸水(100°C)的热循环性能。结果表明:SZS复合涂层试样具有优异的高温抗氧化性能和热震性能。在1500°C等温高氧分压环境下(空气流量36 L/h)氧化50 h后试样仅轻微失重(约0.03%),而在1500°C低氧分压(静态空气)中氧化111 h后仍然增重0.54%。此外,SZS复合涂层试样在高氧分压下氧化50 h及低氧分压下氧化80 h后,其残余压缩强度分别为70%和72.5%。SZS复合涂层试样在经历30次热循环以后,其质量损失率仅为1.61%,残余压缩强度约为74%。SZS涂层表现出良好的抗氧化性能和抗热震性能,可在高温下为C/C复合材料提供长期的保护。

DB18C6/SiO_2复合材料对Zr(Ⅳ)和Hf(Ⅳ)吸附性能研究

通过溶液p H值、吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学试验,考察了DB18C6/SiO2复合材料对水溶液中Zr(Ⅳ)和Hf(Ⅳ)的吸附行为。结果表明,25℃下,溶液p H值为1.5时该吸附材料对Zr(Ⅳ)和Hf(Ⅳ)的吸附量最大,且吸附过程符合准二级动力学方程;DB18C6/SiO2对Zr(Ⅳ)的吸附行为属于放热自发过程,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型;而对Hf(Ⅳ)的吸附行为属于吸热自发过程,吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型。此外,文中还通过元素分析和N2吸附分析确定了该复合材料的冠醚键合量和比表面积。

C/SiO_2复合微纳米粒增强环氧树脂

以双酚A型环氧树脂(E-51)为基体,C/SiO2复合微纳米粒为增强体,在机械剪切搅拌和超声波震荡下充分分散后浇铸成型,制备C/SiO2/E-51复合材料。对复合材料差热分析,红外、扫描电镜、机械性能等测试表明:当填充2%C/SiO2复合微纳米粒时,复合材料的玻璃化转变温度、拉伸强度、拉伸弹性模量、断裂伸长率、冲击强度分别达到147℃、64.8MPa、6913MPa、7.66%、12.5MPa,较纯环氧体系有较大的提高。这可能一方面由于SiO2中的Si-O-键在硅烷偶联剂(KH570)的作用下与E-51的环氧基形成高能的共价键,且有较强的界面张力,另一方面,C粒子进入交联环氧树脂的空隙中,起到了应力传递和增强作用。

SiC晶须在SiO_2-C-N_2系统中的合成

对SiO2-C-N2系统中的主要化学反应和SiC晶须在该系统中的合成条件进行了热力学分析,采用SiO2微粉为硅源,石墨、活性炭和碳黑为碳源,氧化硼为催化剂,分别在1500℃、1550℃和1600℃利用碳热还原法合成碳化硅晶须,通过X射线衍射、扫描电子显微镜和电子探针分析合成晶须的特征。结果表明:在氮气气氛下利用碳热还原反应合成SiC晶须的温度在1450℃以上,且随着温度的升高,SiC晶须的生成量增多,晶须直径变大;以炭黑和活性炭等较高活性的碳源代替石墨可以使反应速度加快,但合成的SiC晶须较粗甚至生成SiC颗粒;杂质含量较多会使得SiC晶须生成数量降低,同时晶须出现弯曲现象.

SiO_2-C-Na_3AlF_6合成SiC晶须的研究

以SiO2微粉、石墨、Na3AlF6为原料合成SiC晶须。采用XRD、SEM对产物进行分析,结果表明,在1 500℃及Si/Al摩尔比为4∶1的条件下生成的晶须质量最佳。对晶须的合成机理进行讨论,认为晶须生长过程为VS机理;Na3AlF6不参与实际的晶须合成反应。计算出气相反应物的过饱和度约为0.005,有利于晶须的生长。

脉冲激光沉积法在SiO_2/Si衬底上生长c轴取向LiTaO_3薄膜

本文利用脉冲激光沉积法,系统研究了衬底温度和氧压对硅基LiTaO3薄膜质量及c轴取向性的影响,结果表明衬底温度和氧压对LiTaO3薄膜的c轴取向性及结晶质量有很大的影响,在650℃、30Pa时可以生长出高c轴取向LiTaO3薄膜。采用扫描电镜和原子力显微镜对最佳条件下制得薄膜的表面形貌进行了分析,发现薄膜表面光滑,晶粒尺寸均匀致密,薄膜表面粗糙度约为3.6nm。

用IR及XPS研究Photo-CVD SiO_2薄膜特性

在低温下采用以低压Xe气激发真空紫外光作光源,以SiH_4和O_2作为反应气体的直接光CVD技术在硅衬底上成功地淀积出SiO_2薄膜。用红外光谱分析发现,薄膜中未出现与Si—H、Si—OH相应的红外吸收峰,Si—O伸缩振动所对应的吸收峰峰位在1054～1069cm^(-1)之间;通过高频C-V特性曲线计算出SiO_2-Si系统中固定氧化物电荷密度在2×10^(10)～3×10^(11)cm^(-2)范围内;XPS分析表明,SiO_2薄膜中Si的2p能级结合能为103.6 eV,界面处亚氧化硅的总含量为每平方厘米3.72×10^(15)个原子。

SiO2/C复合微球的制备及其脱除水体中Cu（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的动力学和热力学

首先,将Stober法制备出的SiO2活性微球分散到抗坏血酸(VC)水溶液中,通过水热碳化法成功制备出了SiO2/C复合微球。采用XRD、SEM、TEM和BET等手段对产物的结构、形貌和比表面积进行了分析。然后,以Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)为目标污染物,对比研究了SiO2和SiO2/C对水体中上述两种金属离子的脱除效果。结果表明,SiO2和SiO2/C对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附动力学满足准一阶动力学方程,吸附热力学过程符合Langmuir模型,但SiO2/C复合微球对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的去除量较高,且具有较好再生性能,经过6次循环使用后,对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的去除率仍高达95%和93%。

落叶松基复合材料SiO2@C的制备及其对染料的吸附行为研究

以落叶松木屑为原料,SiO2为孔结构调控剂,采用一步原位掺杂法制备了落叶松基SiO2@C复合材料,探讨了炭化温度、模板剂SiO 2对复合材料孔结构及吸附性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、氮气的吸附/脱附、拉曼光谱、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)仪和X射线光电子能谱(XPS)对复合材料进行表征,并以乙基紫染料为模型物研究了复合材料的吸附行为。研究表明:随着炭化温度由700℃升高至900℃,SiO2@C复合材料的形貌由交联的球形形貌转变为网状结构,孔隙结构由整体无序向局部有序转变,比表面积由538 m^2/g提高到780 m^2/g;经900℃炭化制备的复合材料SiO2@C-900具有较高的比表面积和有序的孔隙结构,对乙基紫染料的吸附值高达378 mg/g,在温度55℃,pH值7的最佳吸附条件下,对乙基紫染料的脱除率达99%;重复利用5次后,脱除率仍在97%以上,说明复合材料稳定性良好。SiO2@C复合材料对染料的吸附符合Langmuir吸附等温模型,吸附动力学符合准二级动力学,即主要是化学吸附。

C/C复合材料SiC/SiO_2涂层的制备及其抗氧化性能

为提高C/C复合材料的抗氧化性能,采用包埋法和低压化学气相法制备了SiC/SiO2涂层。借助XRD、SEM和EDS等测试手段分析了复合涂层的微观结构,并研究了其在1 273、1 773 K静态空气中的抗氧化性能。结果表明,包埋法制备的SiC涂层具有一定的浓度梯度。低压化学气相法制备的非晶SiO2外涂层则有效地封堵了SiC内涂层的的裂纹和孔洞,并解决了SiC涂层在中温区(1 073～1 473 K)无法形成完整SiO2膜的问题。在1 273、1 773 K静态空气中经10 h氧化后,涂层试样的质量损失率分别仅有4.97和0.36 mg/cm2,表现出良好的抗氧化性能。

含氧等离子体对低温CVD沉积SiO2钝化性能的改善

对InSb探测器芯片的退化机理进行讨论 ,提出了SiO2 钝化膜中悬键形成的一种新模式 ;为进一步减少界面陷阱及界面态 ,采用含氧原子的等离子体来处理芯片 ,取得了良好效果 ,含氧等离子气氛由N2 O气体高频电离获得。处理后的InSb探测器芯片I V特性明显好转 ;Au/Cr SiO2 InSbMIS结构的C V曲线下降坡明显变陡 ,曲线回滞明显变小 ;红外吸收谱表明SiO2 钝化膜中 H键及 OH键的数量明显减少。