SiC纳米线改性C/C复合材料的制备及其电磁波吸收性能研究

C/C复合材料因低密度、耐高温等特性在航空航天材料方面具有很广泛的应用,通过改性的方法提高该类材料的电磁波吸收性能有望拓宽其应用领域。本文以酚醛树脂、Si和SiO_(2)粉体,以及催化剂二茂铁为原料,采用先驱体浸渍裂解法制备C/C复合材料,然后通过化学气相反应法在C/C复合材料中生成SiC纳米线(SiC_(nw)),制备出SiC_(nw)改性C/C复合材料(SiC_(nw)/C/C)。研究了C/C和SiC_(nw)/C/C复合材料的结构与性能,探讨了SiC_(nw)含量对C/C复合材料电磁波吸收性能的影响。结果表明,通过本方法可在C/C复合材料中成功引入具有核壳结构的SiC_(nw),并且随着SiC_(nw)含量增加,C/C复合材料的电磁波吸收性能显著提升。当SiC_(nw)含量为15.4%(质量分数)时,SiC_(nw)/C/C复合材料在厚度为2.07 mm处的最小反射损耗值为-38.02 dB,明显低于同类其他材料,表现出优异的电磁波吸收性能。本文研究制备的SiC_(nw)/C/C复合材料可为高性能碳/陶复合材料的制备提供技术和理论支撑。

SiC纳米线光催化降解罗丹明B

采用碳热还原法合成了纯度较高的单晶SiC纳米线,并对其光催化性能进行了研究。以罗丹明B为目标降解物,20 W紫外灯(λ=253.7 nm)为光源,探讨了不同条件下SiC纳米线对罗丹明B的光催化降解效果。结果表明,催化剂用量为0.04 g、pH值为1的条件下SiC纳米线对罗丹明B的光催化降解效果最好。光照6 h,罗丹明B的降解率达到67.63%。罗丹明B的降解符合一级动力学模型。

La或N掺杂SiC纳米线的制备、场发射性能及第一性原理计算

采用化学气相沉积法和气相掺杂法,分别制备了La或N掺杂的Si C纳米线.利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线能量色散谱(EDS)分析和X射线衍射(XRD)等测试手段对两种产物的微观形貌、元素组成和物相结构进行了系统表征.以合成产物作为阴极,对其场发射性能进行测试,结果表明:Si C纳米线的开启电场值和阈值电场值由未掺杂的2.3、6.6 V*μm-1分别降低为1.2、5.2 V*μm-1(La掺杂)和0.9、0.4 V*μm-1(N掺杂).采用Material Studio软件中的Castep模块建立(3×3×2)晶格结构模型,对未掺杂、La或N掺杂Si C的能带结构和态密度进行计算,结果显示:La或N掺杂后,在费米能级附近产生了新的La 5d或N 2p掺杂能级,导致禁带宽度(带隙)变窄,使得价带电子更容易跨越禁带进入导带,从而改善Si C纳米线的场发射性能.

C/C复合材料表面无催化剂CVD制备SiC纳米线的结构表征（英文）

在无催化剂条件下,以CH3SiCl3为前驱体,采用化学气相沉积技术（CVD）在C/C复合材料表面制备SiC纳米线。SEM形貌表明：CVD产物有大量数十微米长的纳米线,部分纳米线团聚呈球状,同时也发现类似带刺板栗外壳的短纳米线聚集,且纳米颗粒在其表面沉积等现象。XRD、拉曼光谱和红外光谱分析结果表明,此产物为典型的β-SiC。TEM形貌表明,此类纳米线的直径分布范围为10~100 nm,一些较细的纳米线可通过无定形SiC与较粗的纳米线结合在一起。在一根较粗SiC纳米线的无定形区域长出一根与其直径相近的分支,二者之间的夹角为70°,其与β-SiC晶体中[111]轴堆垛夹角一致。SAED和FFT结果表明,纳米线的生长轴线较多,在纳米线的竹节状区域存在大量堆垛层错和孪晶。边缘弯曲的SiC纳米线晶格面表明,螺旋位错生长为其主要的生长机制。

硅热蒸发法制备SiC纳米线及其结构表征

采用简单热蒸发法使硅蒸气和碳纳米管反应生成了碳化硅纳米线.反应产物首先经X射线衍射(XRD)确定为3C-SiC.再用场发射扫描电镜(FESEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)等进行形貌和结构研究,发现3C-SiC纳米线部分呈直线六棱柱形状,大多为3C-SiC单晶,其[111]方向与纳米线长度方向一致,间或有折线,弯曲和螺旋形.在这些结果的基础上,提出3C-SiC纳米线形核生长的气液固(VLS)机制:硅蒸气(V)溶于碳纳米管端部残留金属催化剂液滴(L),与碳纳米管反应(S),生成3C-SiC晶核并沿碳纳米管长度方向生长.

从SiBONC陶瓷粉体中生长β-SiC纳米线

通过有机聚合物先驱体法使用四氯化硅（SiCl4）、苯甲醛（PhCHO）、烷基胺（RNH2）、三氯化硼（BCl3）为原料，通过有机-无机裂解转化制备了SiBONC陶瓷的纳米粉体。在对SiBONC陶瓷粉末坯体进行高温气压处理时，发现在坯体表面生长出大量β-SiC纳米线。通过XRD、FT-IR、SEM、TEM等分析测试手段分析了该纳米线的微观结构和物相组成，并初步推断了其生长机制。结果表明：该纳米线为结晶良好的β-SiC，其主要组成元素为Si、C及少量的O；其直径在20～200nm之间，其平均长度在1mm左右。

多孔SiCO陶瓷中SiC纳米线的原位合成及生长机理

采用聚氨酯海绵为多孔模板,浸渍有机硅树脂后在Ar气氛中原位合成了SiC纳米线。采用TG、XRD、SEM和TEM等分析测试手段对样品进行了表征,研究了保温时间对合成SiC纳米线的影响,并探讨了SiC纳米线的生长机理。研究结果表明:SiC纳米线生长在多孔陶瓷中,纳米线长度达几十微米,单根纳米线的直径不均一。SiC纳米线的生长机理为VS生长模式。随着保温时间的延长,纳米线的数量增加,形貌发生了变化,且多孔陶瓷的比表面积明显增大,体积电阻率降低。

聚合物先驱体热解制备超长SiC纳米线

采用聚合物先驱体热解技术,以聚合物先驱体—聚碳硅烷(Polycarbosilane,PCS)为原料,在催化剂辅助作用下,于1200℃热解制备出超长碳化硅(SiC)纳米线。采用电子能量散射(EDS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析手段对SiC纳米线进行了表征。结果表明,所制备的纳米线为高结晶性β-SiC,纳米线直径约为30 nm～300 nm,长度可达数毫米。利用"气—固"生长机制对SiC纳米线的生长过程进行了分析。

熔盐电解SiO_2/C直接制备SiC纳米线

采用纳米SiO2和酚醛树脂为原料制备酚醛树脂裂解碳纳米SiO2复合阴极(硅碳物质的量的比为1∶1),直接电解PFC/SiO2复合阴极,在900℃熔融盐CaCl2中,恒槽压2.0 V下电解,制备出碳化硅纳米线。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及其附带的能谱仪、X射线分析衍射仪(XRD)和拉曼光谱(Raman)对产物的组成、形貌、微观结构等进行了表征。结果表明:碳化硅纳米线呈立方晶体结构,其直径为4～13 nm,长可达数微米;室温下该纳米线在415 nm和534 nm附近有宽的发光峰。最后,讨论了碳化硅纳米线的生成机制。

气相SiO和竹材生物模板制备SiC纳米线(英文)

以毛竹为原材料,在1000℃碳化后制得竹炭生物模板,采用气相SiO碳热还原反应在生物模板表面制备了SiC纳米线,利用XRD、SEM和TEM等测试手段对SiC纳米线的物相组成、微观形貌进行了分析,探讨了SiC纳米线在生物模板表面上的生长机理.结果表明:SiC纳米线的主晶相为β-SiC,直径和长度分别为20～70nm和10～20μm,大多数SiC纳米线呈直线状,且表面光滑.SiC纳米线沿[111]方向生长.

SiC纳米线紫外光探测器光电性能的研究

基于一束高取向排列的SiC纳米线,本文制备了一种新型的紫外光探测器,并测试研究了其光电性能。采用传统化学气相沉积技术,以二茂铁为催化剂,通过聚合物热解的方法制备了长度达数厘米、直径为100~200 nm的SiC纳米线。探测器由导电银浆固定一束高取向排列的SiC纳米线到器件基座两个引脚上形成,其光电性能测试研究表明,器件暗电流很小、并且在254 nm紫外光照射时,其光电流迅速变大;器件反应时间很短而回复时间相对较长。

热解炭中原位熔盐催化SiC纳米线的合成及表征(英文)

不加金属催化剂,以碱木素酚醛树脂（LPF）和硅粉作为原料在低温条件下合成SiC纳米线。利用SEM、TEM、XRD表征样品的形貌及显微结构,用热力学方法分析反应条件对SiC纳米线生长的影响。结果表明,SiC纳米线在1100℃左右开始生长,其由气-液-固生长机理控制,同时其生成温度比用商业酚醛树脂作为原料低。生成的SiC纳米线的直径为30~100nm并沿晶面的[1 1 1]方向生长。碱木素酚醛树脂中的无机盐在热解炭化过程中原位形成熔盐并起着液相催化剂球滴的作用,促进SiC纳米线的生长,并提出合成SiC纳米线的生长机理模型。

N掺杂SiC纳米线的制备、场发射性能及第一性原理计算

利用简单的化学气相沉积法,首次以固态三聚氰胺(C3H6N6)为N掺杂剂,与Si/SiO2粉体混合,在1 250℃下保温25min,制备出N掺杂SiC纳米线。采用XRD、SEM、元素分析等测试手段对产物的物相和微观形貌进行了表征,并对其场发射性能进行了研究,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对N掺杂前后SiC纳米线的电子结构进行了计算。结果表明:掺N后的纳米线弯曲程度明显变大,场发射性能显著提高,开启电场值和阈值电场值由原来的3.5V.μm-1和6.6V.μm-1分别降低为2.6V.μm-1和5.5V.μm-1。此外,第一性原理计算表明,掺N后的纳米线禁带宽度明显变窄,使电子从价带向导带过渡时需要更少的能量,从理论上解释了N掺杂SiC纳米线场发射性能增强的原因。

碳毡中SiC纳米线的制备

采用国产炭素墨水与少量硅微粉混合的液体充分浸渍聚丙烯腈(PAN)基碳毡并烘干后,在1450℃、真空条件下与硅微粉的气相产物发生碳热还原等反应,在碳毡内部制备出大量SiC纳米线．此纳米线多有弯曲形貌,其线径范围为25-150nm,可测轴向线长达15μm以上．另有大量SiC的膜、纳米团絮、纳米颗粒等结构体存在．对烧结试样做了XRD、SEM、TEM的表征,初步研究了其组成结构、微观形貌及纳米线的生长机理．

多重气固反应制备一维SiC纳米线

以硅片、石墨和SiO2粉末为原料,通过多重气固反应成功地制备出一维SiC纳米线.X射线衍射仪分析表明生成产物为立方结构的β-SiC.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）观察,该一维SiC纳米线的直径为30~50nm,长度可达几十甚至上百微米,为沿[111]方向生长的单晶β-SiC纳米线.根据多次对比实验的结果,由多重气固（VS）反应提出了该方法制备SiC纳米线的生长机理.

SiC纳米线研究进展及其应用现状

随着SiC纳米线制备技术的日益成熟,其在场发射、光催化、电学和光学材料领域有着广阔的应用前景和发展潜力,也可作为多种结构材料增强体广泛应用于航空航天、核、制动系统等多种工业领域。综述了SiC纳米线的性能及其多种制备方法的研究现状,详细介绍了SiC纳米线作为增强材料应用于陶瓷材料、C基复合材料及SiC基复合材料中的研究进展,讨论了SiC纳米线的作用机制,并展望了其未来发展方向。

β-SiC纳米线增韧58S活性生物玻璃陶瓷的研究

目的:测定所制备58S生物医用玻璃陶瓷的机械性能和生物活性。方法:采用溶胶-凝胶法制备单相58S玻璃A组,以超长β-SiC纳米线为增韧体,根据所混合SiC纳米线的质量分数15%、25%、30%和40%制备复合生物玻璃陶瓷B、C、D、E组(每组5个试件),烧结后均加工成标准试件。测定三点弯曲强度及断裂韧性;扫描电子显微镜观察基体断口形貌。结果:随超长β-SiC纳米线质量分数的增加,58S生物玻璃陶瓷基体的抗弯强度先上升后下降,而断裂韧性随β-SiC纳米线质量分数的增多呈线性增加。统计分析结果表明,各组两两间三点弯曲强度和断裂韧性的差异均有统计学意义(P<0.05)。复合生物玻璃陶瓷在SBF中的XRD衍射结果表明仍有羟基磷灰石的成核和生长。结论:新方法合成的58S活性生物医用玻璃陶瓷可兼备优良的机械性能与生物活性。

SiC纳米线增强反应烧结碳化硅陶瓷的性能研究

以单晶SiC纳米线作为增强体,碳化硅-碳为陶瓷基体,在1550℃下,采用反应烧结制备碳化硅基陶瓷复合材料(SiCnf/SiC)。结合X射线衍射、万能试验机和扫描电镜等检测和分析,研究SiC纳米线对复合材料的微结构和力学性能的影响。研究表明:与未加入SiC纳米线的反应烧结碳化硅陶瓷相比,添加SiC纳米线的复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性都得到显著的提高,抗弯强度提高了52%,达到320 MPa(SiC纳米线含量为12wt%),断裂韧性提高了40.6%,达到4.5 MPa·m1/2(SiC纳米线含量为15wt%);反应后的SiC纳米线仍然可以保持原有的竹节状结构,且随着SiC纳米线的加入,复合陶瓷的断口可以观察到SiC纳米线拔出现象。但由于SiC纳米线"架桥"的现象,添加过量的纳米线会降低复合陶瓷的密度和限制复合陶瓷力学性能的提高。同时还讨论了SiCnf/SiC的增强机理。

化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展

SiC纳米线具有优良的物理、化学、电学和光学等性能,在光电器件、光催化降解、能量存储和结构陶瓷等方面得到广泛应用。其制备方法多种多样,其中化学气相沉积法(CVD)制备SiC纳米线因具有工艺简单、组成可控和重复性好等优点而备受关注。近年来,在化学气相沉积法制备SiC纳米线以及调控其显微结构方面取得了较多成果。采用Si粉、石墨粉和树脂粉等低成本原料以及流化床等先进设备,通过化学气相沉积法制备出线状、链珠状、竹节状、螺旋状以及核壳结构等不同尺度、形貌各异的SiC纳米线,并且有的SiC纳米线具有优良的发光性能、场发射性能和吸波性能等,为制备新型结构和形貌的SiC纳米线及开发新功能性的SiC纳米器件提供了重要参考。目前,未添加催化剂时,利用气相沉积法制备的SiC纳米线虽然纯度较高,但存在产物形貌、尺度和结晶方向等可控性差,制备温度较高和产率相对较低的问题。而添加催化剂、熔盐以及氧化物辅助可明显降低SiC纳米线的制备温度,提高反应速率以及产率,但易在SiC纳米线中引入杂质。将来应在提高SiC纳米线的纯度、去除杂质方面开展深入研究;还应注重低成本、规模化制备SiC纳米线的研究,采用相应措施调控SiC纳米线的显微结构,以拓宽SiC纳米线的应用领域。本文综述了目前国内外采用化学气相沉积制备SiC纳米线的方法,分析总结了无催化剂、催化剂、熔盐以及氧化物辅助等各种制备方法的优缺点,并对未来的研究进行展望,期望为SiC纳米线的低成本、规模化制备和应用提供理论依据。

一步法制备N掺杂SiC纳米线及场发射性能研究

采用简单的化学气相沉积法,首次以尿素(CO(NH_2)_2)为N掺杂剂,与Si/SiO_2粉体混合,一步法实现了高质量的N掺杂SiC纳米线的制备,并系统研究了不同原料质量比m(Si/SiO_2)∶m(CO(NH_2)_2)、不同合成温度对N掺杂SiC纳米线场发射性能的影响规律。研究得出:原料质量比m(Si/SiO2)∶m(CO(NH_2)_2)为1∶3,合成温度为1 250℃时,产物具有最优的场发射性能,其开启电场和阈值电场分别为1.2V·μm-1和3.3V·μm-1。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等测试手段对优选工艺条件下所得产物的微观形貌、元素组成和物相结构进行了系统表征,结果表明:所得产物为具有立方结构的β-SiC晶体,纳米线的直径均匀,约为80nm,长度可达数十微米,N元素在产物中的原子分数为3.28%。