专利名称：一种碳化硅纳米线的制备方法
技术领域：
本发明属一种碳化硅纳米材料的制备方法，具体地说涉及一种利用棉花为原料制 备碳化硅纳米线的方法。
背景技术：
纳米材料在电子、光电子、机械等方面都有极其重要的应用，其优异的物理及化学 性能已经引起了科学工作者的高度关注。作为一种重要的半导体和陶瓷材料，碳化硅(Sic) 具有禁带宽、饱和电子漂移速度大、临界雪崩击穿电场高和热导高的特点，在大功率、耐高 温和抗辐射器件方面具有重要的应用价值。与常规Sic材料相比，SiC纳米线具有较强的 量子尺寸效应，其光学及场发射性能更为优越。碳化硅由于其优良的性能被广泛应用于冶 金、机械制造、航空航天等各个领域。目前已经有很多SiC纳米线的制备方法。中国专利(公开号CN 1834309A)公开了 一种合成两种不同形貌的碳化硅纳米线的方法，该方法将Si粉与多壁碳纳米管作为原材 料置于氧化铝坩埚内，将坩埚置于氩气气氛下的真空高温烧结炉内，升温至1410-1600°C， 恒温3-9个小时，即得到直的、直径分布较均勻的并且无层错等缺陷的碳化硅纳米线和具 有葫芦状纳米碳化硅。中国专利(公开号CN 1962433A)公开了一种制备含有半生非晶态 球状结构的碳化硅纳米线的方法。该方法按照碳硅比为2 1-5的比例配制蔗糖和硅溶胶 的透明溶胶，在温度为60-95°C下对其进行凝胶化处理，所得凝胶置于氩气气氛下的烧结炉 内，以5-30°C的升温速率进行加热，在1350-1700°C温度下烧结0. 5-4小时，冷却到室温即 得到含有半生非晶态球状结构的碳化硅纳米线。中国专利(公开号CN1281910)公开了一 种采用溶胶凝胶法制备碳化硅纳米晶须的方法，该方法是将净碳质溶胶和净硅溶胶按碳和 硅摩尔比(3 8)于室温下搅拌混合24小时，制得二元净碳质-硅溶胶；在100-150°C干 燥4-6小时得干凝胶，或进行超临界干燥20-180分钟，得到二元气凝胶，然后进行碳热还原 反应，最后脱碳、脱Si02，制得纯纳米碳化硅线。目前现有的碳化硅专利制备技术大多工艺复杂，操作繁琐。如中国专利(公开号 CN 1281910)需首先制备碳质溶胶和净硅溶胶，然后将两者混合再进行反应。这些制备技术 在实际应用中受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、易于大规模生产碳化硅纳米线的制备方法。本发明按以下步骤完成(1)、前驱体制备把硝酸盐溶解于乙醇或水中，溶液质量分数为0. 5% _5%，然后 向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃为硅源的物质，再将棉花浸渍其中，将棉花取出后，在 60-110°C条件下干燥5-30小时，得到碳化硅前驱体；所用棉花、硝酸盐和以氧化硅计的硅源的质量比为1 0.025-0.2 0.1-10;
(2)、碳热还原将碳化硅前躯体在氩气保护下，升温至1100-1400°C进行碳热还 原反应3-20小时，反应后自然冷却至室温，得到初级反应产物；(3)、热处理将初级反应产物在空气中加热到600-800°C，灼烧1-5小时，除去未 反应的碳；(4)、酸洗用体积比为1 1-5的盐酸与氢氟酸的混合酸浸泡12-48小时，去除产 物中多余的二氧化硅，再经洗涤、过滤、烘干，最终得到碳化硅纳米线。与现有技术相比，本发明的特点是采用一种操作简单易行的方法制备出碳化硅纳 米线。在该技术中，棉花为碳源，正硅酸乙酯或水玻璃为硅源，通过简单的浸渍方法实现了 前躯体的制备。实验所需工艺流程简单、操作安全、设备简单、生产成本低、生产周期短，产 品纯度高。
图1为本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4产物的XRD谱图；图2为本发明实施例1产物的TEM照片；图3为本发明实施例2产物的TEM照片；图4为本发明实施例3产物的TEM照片；图5为本发明实施例4产物的TEM照片。如图所示，图1的XRD谱图中五个主要衍射峰的20分别在35.6°，41. 5°， 60. 0° ,71. 8° ,75. 5°，对应着立方晶型 3-SiC 的(111)、(200)、(220)、(311)和(222)晶 面。图2至图5中的碳化硅主要由纳米线组成。实施例11、将0. 3克硝酸铁溶于8克乙醇中，后加入36克正硅酸乙酯，将2克棉花浸渍其 中。将混合物于60°C下烘干5小时，得到碳化硅前驱体。2、将碳化硅前躯体放入管式高温炉中，通入氩气，升温至1100°C，恒温反应20小 时后，自然冷却至室温。3、所得初级反应产物在600°C空气中氧化5小时，再用体积比为1 1. 5的盐酸与 氢氟酸的混合酸浸泡12小时，最后经洗涤、过滤、烘干制得碳化硅纳米线。实施例21、将0. 1克硝酸铁溶1克水中，然后加入10克水玻璃中，再将4克棉花浸渍其中。 将混合物于70°C下烘干10小时，得到碳化硅前驱体。2、将碳化硅前躯体放入管式高温炉中，通入氩气，升温至1200°C，恒温反应10小 时后，自然冷却至室温。3、所得初级反应产物在700°C空气中氧化4小时，再用体积比为1 2的盐酸与氢 氟酸的混合酸浸泡15小时，最后经洗涤、过滤、干燥制得碳化硅纳米线。实施例31、将0. 15克硝酸镍溶于4克水中，然后加入0. 5克正硅酸乙酯，再将1克棉花浸 渍其中。将混合物于80°C下烘干24小时，得到碳化硅前驱体。2、将碳化硅前躯体放入管式高温炉中，通入氩气，升温至1300°C，恒温反应8小时 后，自然冷却至室温。
3、所得初级反应产物在800°C空气中氧化3小时，再用体积比为1 3的盐酸与氢 氟酸的混合酸浸泡24小时，最后经洗涤、过滤、干燥制得碳化硅纳米线。实施例41、将0. 6克硝酸钴溶于15克乙醇中，然后加入9克正硅酸乙酯，再将3克棉花浸 渍其中。将混合物于100°C下烘干30小时，得到碳化硅前驱体。2、将碳化硅前躯体放入管式高温炉中，通入氮气，升温至1400°C，恒温反应5小时 后，自然冷却至室温。3、所得初级反应产物在700°C空气中氧化3小时，再用体积比为1 3的盐酸与氢 氟酸的混合酸浸泡30小时，最后经洗涤、过滤、干燥制得碳化硅纳米线。
权利要求
一种碳化硅纳米线的制备方法，其特征在于秦包括如下步骤(1)、前驱体制备把硝酸盐溶解于乙醇或水中，溶液质量分数为0.5％-5％，然后向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃为硅源的物质，再将棉花浸渍其中，将棉花取出后，在60-110℃条件下干燥5-30小时，得到碳化硅前驱体；所用棉花、硝酸盐和以氧化硅计的硅源的质量比为1∶0.025-0.2∶0.1-10；(2)、碳热还原将碳化硅前躯体在氩气保护下，升温至1100-1400℃进行碳热还原反应3-20小时，反应后自然冷却至室温，得到初级反应产物；(3)、热处理将初级反应产物在空气中加热到600-800℃，灼烧1-5小时，除去未反应的碳；(4)、酸洗用体积比为1∶1-5的盐酸与氢氟酸的混合酸浸泡12-48小时，去除产物中多余的二氧化硅，再经洗涤、过滤、烘干，最终得到碳化硅纳米线。
全文摘要
一种碳化硅纳米线的制备方法是把硝酸盐溶解于乙醇或水中，溶液质量分数为0.5％-5％，然后向溶液中加入以正硅酸乙酯或水玻璃为硅源的物质，再将棉花浸渍其中，将棉花取出后，在60-110℃条件下干燥5-30小时，得到碳化硅前驱体；将碳化硅前躯体在氩气保护下，升温至1100-1400℃进行碳热还原反应3-20小时，反应后自然冷却至室温，得到初级反应产物；将初级反应产物在空气中加热到600-800℃，灼烧1-5小时，除去未反应的碳；用体积比为1∶1-5的盐酸与氢氟酸的混合酸浸泡12-48小时，去除产物中多余的二氧化硅，再经洗涤、过滤、烘干，最终得到碳化硅纳米线。本发明具有工艺流程简单、操作安全、设备简单、生产成本低、生产周期短，产品纯度高的优点。
文档编号C01B31/36GK101850972SQ20101021009
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者孟帅, 王英勇, 郭向云, 靳国强 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所