專利名稱：一種碳化硅納米線的制備方法
技術領域：
本發明屬一種碳化硅納米材料的制備方法，具體地說涉及一種利用棉花為原料制 備碳化硅納米線的方法。
背景技術：
納米材料在電子、光電子、機械等方面都有極其重要的應用，其優異的物理及化學 性能已經引起了科學工作者的高度關注。作為一種重要的半導體和陶瓷材料，碳化硅(Sic) 具有禁帶寬、飽和電子漂移速度大、臨界雪崩擊穿電場高和熱導高的特點，在大功率、耐高 溫和抗輻射器件方面具有重要的應用價值。與常規Sic材料相比，SiC納米線具有較強的 量子尺寸效應，其光學及場發射性能更為優越。碳化硅由于其優良的性能被廣泛應用于冶 金、機械制造、航空航天等各個領域。目前已經有很多SiC納米線的制備方法。中國專利(公開號CN 1834309A)公開了 一種合成兩種不同形貌的碳化硅納米線的方法，該方法將Si粉與多壁碳納米管作為原材 料置于氧化鋁坩堝內，將坩堝置于氬氣氣氛下的真空高溫燒結爐內，升溫至1410-1600°C， 恒溫3-9個小時，即得到直的、直徑分布較均勻的并且無層錯等缺陷的碳化硅納米線和具 有葫蘆狀納米碳化硅。中國專利(公開號CN 1962433A)公開了一種制備含有半生非晶態 球狀結構的碳化硅納米線的方法。該方法按照碳硅比為2 1-5的比例配制蔗糖和硅溶膠 的透明溶膠，在溫度為60-95°C下對其進行凝膠化處理，所得凝膠置于氬氣氣氛下的燒結爐 內，以5-30°C的升溫速率進行加熱，在1350-1700°C溫度下燒結0. 5-4小時，冷卻到室溫即 得到含有半生非晶態球狀結構的碳化硅納米線。中國專利(公開號CN1281910)公開了一 種采用溶膠凝膠法制備碳化硅納米晶須的方法，該方法是將凈碳質溶膠和凈硅溶膠按碳和 硅摩爾比(3 8)于室溫下攪拌混合24小時，制得二元凈碳質-硅溶膠；在100-150°C干 燥4-6小時得干凝膠，或進行超臨界干燥20-180分鐘，得到二元氣凝膠，然后進行碳熱還原 反應，最后脫碳、脫Si02，制得純納米碳化硅線。目前現有的碳化硅專利制備技術大多工藝復雜，操作繁瑣。如中國專利(公開號 CN 1281910)需首先制備碳質溶膠和凈硅溶膠，然后將兩者混合再進行反應。這些制備技術 在實際應用中受到一定的限制。
發明內容
本發明的目的在于提供一種操作簡單、易于大規模生產碳化硅納米線的制備方法。本發明按以下步驟完成(1)、前驅體制備把硝酸鹽溶解于乙醇或水中，溶液質量分數為0. 5% _5%，然后 向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃為硅源的物質，再將棉花浸漬其中，將棉花取出后，在 60-110°C條件下干燥5-30小時，得到碳化硅前驅體；所用棉花、硝酸鹽和以氧化硅計的硅源的質量比為1 0.025-0.2 0.1-10;
(2)、碳熱還原將碳化硅前軀體在氬氣保護下，升溫至1100-1400°C進行碳熱還 原反應3-20小時，反應后自然冷卻至室溫，得到初級反應產物；(3)、熱處理將初級反應產物在空氣中加熱到600-800°C，灼燒1-5小時，除去未 反應的碳；(4)、酸洗用體積比為1 1-5的鹽酸與氫氟酸的混合酸浸泡12-48小時，去除產 物中多余的二氧化硅，再經洗滌、過濾、烘干，最終得到碳化硅納米線。與現有技術相比，本發明的特點是采用一種操作簡單易行的方法制備出碳化硅納 米線。在該技術中，棉花為碳源，正硅酸乙酯或水玻璃為硅源，通過簡單的浸漬方法實現了 前軀體的制備。實驗所需工藝流程簡單、操作安全、設備簡單、生產成本低、生產周期短，產 品純度高。
圖1為本發明實施例1、實施例2、實施例3和實施例4產物的XRD譜圖；圖2為本發明實施例1產物的TEM照片；圖3為本發明實施例2產物的TEM照片；圖4為本發明實施例3產物的TEM照片；圖5為本發明實施例4產物的TEM照片。如圖所示，圖1的XRD譜圖中五個主要衍射峰的20分別在35.6°，41. 5°， 60. 0° ,71. 8° ,75. 5°，對應著立方晶型 3-SiC 的(111)、(200)、(220)、(311)和(222)晶 面。圖2至圖5中的碳化硅主要由納米線組成。實施例11、將0. 3克硝酸鐵溶于8克乙醇中，后加入36克正硅酸乙酯，將2克棉花浸漬其 中。將混合物于60°C下烘干5小時，得到碳化硅前驅體。2、將碳化硅前軀體放入管式高溫爐中，通入氬氣，升溫至1100°C，恒溫反應20小 時后，自然冷卻至室溫。3、所得初級反應產物在600°C空氣中氧化5小時，再用體積比為1 1. 5的鹽酸與 氫氟酸的混合酸浸泡12小時，最后經洗滌、過濾、烘干制得碳化硅納米線。實施例21、將0. 1克硝酸鐵溶1克水中，然后加入10克水玻璃中，再將4克棉花浸漬其中。 將混合物于70°C下烘干10小時，得到碳化硅前驅體。2、將碳化硅前軀體放入管式高溫爐中，通入氬氣，升溫至1200°C，恒溫反應10小 時后，自然冷卻至室溫。3、所得初級反應產物在700°C空氣中氧化4小時，再用體積比為1 2的鹽酸與氫 氟酸的混合酸浸泡15小時，最后經洗滌、過濾、干燥制得碳化硅納米線。實施例31、將0. 15克硝酸鎳溶于4克水中，然后加入0. 5克正硅酸乙酯，再將1克棉花浸 漬其中。將混合物于80°C下烘干24小時，得到碳化硅前驅體。2、將碳化硅前軀體放入管式高溫爐中，通入氬氣，升溫至1300°C，恒溫反應8小時 后，自然冷卻至室溫。
3、所得初級反應產物在800°C空氣中氧化3小時，再用體積比為1 3的鹽酸與氫 氟酸的混合酸浸泡24小時，最后經洗滌、過濾、干燥制得碳化硅納米線。實施例41、將0. 6克硝酸鈷溶于15克乙醇中，然后加入9克正硅酸乙酯，再將3克棉花浸 漬其中。將混合物于100°C下烘干30小時，得到碳化硅前驅體。2、將碳化硅前軀體放入管式高溫爐中，通入氮氣，升溫至1400°C，恒溫反應5小時 后，自然冷卻至室溫。3、所得初級反應產物在700°C空氣中氧化3小時，再用體積比為1 3的鹽酸與氫 氟酸的混合酸浸泡30小時，最后經洗滌、過濾、干燥制得碳化硅納米線。
權利要求
一種碳化硅納米線的制備方法，其特征在于秦包括如下步驟(1)、前驅體制備把硝酸鹽溶解于乙醇或水中，溶液質量分數為0.5％-5％，然后向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃為硅源的物質，再將棉花浸漬其中，將棉花取出后，在60-110℃條件下干燥5-30小時，得到碳化硅前驅體；所用棉花、硝酸鹽和以氧化硅計的硅源的質量比為1∶0.025-0.2∶0.1-10；(2)、碳熱還原將碳化硅前軀體在氬氣保護下，升溫至1100-1400℃進行碳熱還原反應3-20小時，反應后自然冷卻至室溫，得到初級反應產物；(3)、熱處理將初級反應產物在空氣中加熱到600-800℃，灼燒1-5小時，除去未反應的碳；(4)、酸洗用體積比為1∶1-5的鹽酸與氫氟酸的混合酸浸泡12-48小時，去除產物中多余的二氧化硅，再經洗滌、過濾、烘干，最終得到碳化硅納米線。
全文摘要
一種碳化硅納米線的制備方法是把硝酸鹽溶解于乙醇或水中，溶液質量分數為0.5％-5％，然后向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃為硅源的物質，再將棉花浸漬其中，將棉花取出后，在60-110℃條件下干燥5-30小時，得到碳化硅前驅體；將碳化硅前軀體在氬氣保護下，升溫至1100-1400℃進行碳熱還原反應3-20小時，反應后自然冷卻至室溫，得到初級反應產物；將初級反應產物在空氣中加熱到600-800℃，灼燒1-5小時，除去未反應的碳；用體積比為1∶1-5的鹽酸與氫氟酸的混合酸浸泡12-48小時，去除產物中多余的二氧化硅，再經洗滌、過濾、烘干，最終得到碳化硅納米線。本發明具有工藝流程簡單、操作安全、設備簡單、生產成本低、生產周期短，產品純度高的優點。
文檔編號C01B31/36GK101850972SQ20101021009
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月21日 優先權日2010年6月21日
發明者孟帥, 王英勇, 郭向云, 靳國強 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所