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碳化硅纳米线的制备与应用研究综述

中国粉体工业 2024年第3期 7-10页

作者：安振华不详

碳化硅纳米线是具有广阔应用前景的半导体材料和结构增强材料,在极端条件下的电子器件应用中具有非常大的潜力。本文介绍了碳化硅纳米线的多种制备方法,并对碳化硅纳米线的应用研究做了综述。

关键词：碳化硅纳米线碳化硅一维材料

三维碳化硅纳米线增强碳化硅陶瓷基复合材料的电磁屏蔽性能

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无机材料学报 2022年第5期37卷 579-584页

作者：阮景杨金山闫静怡游潇王萌萌胡建宝张翔宇丁玉生董绍明中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050 中国科学院上海硅酸盐研究所结构陶瓷及复合材料工程研究中心上海201899 上海科技大学物质科学与技术学院上海201210 中国科学院大学北京100039 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049

碳化硅纳米线具有优异的电磁吸收性能,三维网络结构可以更好地使电磁波在空间内被多次反射和吸收。通过抽滤的方法制备得到体积分数20%交错排列的碳化硅纳米线网络预制体。然后采用化学气相渗透工艺制备热解炭界面和碳化硅基体,并通过... 详细信息

碳化硅纳米线具有优异的电磁吸收性能,三维网络结构可以更好地使电磁波在空间内被多次反射和吸收。通过抽滤的方法制备得到体积分数20%交错排列的碳化硅纳米线网络预制体。然后采用化学气相渗透工艺制备热解炭界面和碳化硅基体,并通过化学气相渗透和前驱体浸渍热解工艺得到致密的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料。甲烷和三氯甲基硅烷分别是热解炭和碳化硅的前驱体,随着热解碳质量分数从21.3%增加到29.5%,多孔SiCNWs预制体电磁屏蔽效率均值在8~12GHz(X)波段从9.2d B增加到64.1d B。质量增重13%的热解碳界面修饰的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在X波段平均电磁屏蔽效率达到37.8 d B电磁屏蔽性能。结果显示,SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在新一代军事电磁屏蔽材料中具有潜在应用前景。

关键词：碳化硅纳米线电磁屏蔽陶瓷基复合材料热解碳 SiC基体

碳化硅纳米线/聚偏氟乙烯复合材料的制备与性能研究

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碳化硅纳米线/聚偏氟乙烯复合材料的制备与性能研究

作者：苏宇哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

具有各方面优异性能的介电复合材料是发展高质量介电电容器的关键,如何提高介电复合材料的介电性能和储能性能等引起了研究者们的广泛关注。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,碳化硅纳米线(Si CNWs)、核壳结构碳化硅纳米线@二氧化硅(Si CNW... 详细信息

具有各方面优异性能的介电复合材料是发展高质量介电电容器的关键,如何提高介电复合材料的介电性能和储能性能等引起了研究者们的广泛关注。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,碳化硅纳米线(Si CNWs)、核壳结构碳化硅纳米线@二氧化硅(Si CNWs@Si O)和四针状氧化锌晶须(T-Zn Ow)为填料,通过溶液共混相转换法及热压工艺制备出一系列的Si CNWs/PVDF二元复合材料、Si CNWs@Si O/PVDF复合材料和Si CNWs/T-Zn Ow/PVDF三元复合材料。探究介电纳米填料的表面修饰、核壳结构及多元双纳米填料对PVDF基复合材料的微观结构、宏观介电性能和储能性能等的影响。实验结果表明,硅烷偶联剂KH550和KH570分别成功改性Si CNWs和T-Zn Ow;通过一步法热氧化工艺成功制备出具有典型核壳结构的Si CNWs@Si O纳米线,Si O壳层的厚度随着Si CNWs热氧化时间的延长而增大,当Si CNWs热氧化时间为10 h,Si O壳层的厚度为6.5 nm;采用相转换法和热压处理成功制备一系列的Si CNWs/PVDF二元复合材料、Si CNWs@Si O/PVDF复合材料和Si CNWs/T-Zn Ow/PVDF三元复合材料,所有纳米填料与PVDF基体成功复合;当Si CNWs掺杂量较大时,Si CNWs/PVDF二元复合材料出现明显的团聚现象,核壳结构Si CNWs@Si O纳米线和多元双纳米填料Si CNWs与T-Zn Ow的引入,有效地提升纳米填料在聚合物基体中的分散性。对比纯PVDF,Si CNWs的引入大幅度提高了复合材料的介电常数,但是其介电损耗和电导率较大。将核壳结构纳米填料和多元双纳米填料掺杂到PVDF基体中,使得复合材料在保持高介电常数的同时,不同程度的降低了介电损耗和电导率,同时复合材料的击穿强度也有较大的提升。纯PVDF和系列Si CNWs/PVDF二元复合材料的储能密度较低,在纳米填料掺杂量为25 wt%时,将Si CNWs热氧化时间为10 h的核壳结构Si CNWs@Si O纳米线和Si CNWs与T-Zn Ow配比为1:1的多元双纳米填料嵌入到PVDF基体中,25wt%Si CNWs@Si O/PVDF(10 h)复合材料和25wt%Si CNWs/T-Zn Ow/PVDF(1:1)三元复合材料在极限电场强度下获得的最大放电能量密度分别为0.111 J/cm和0.099 J/cm,获得的放电效率分别为53.06%和61.84%,有效提升了复合材料的储能性能。

关键词：聚偏氟乙烯碳化硅纳米线介电性能储能性能

碳化硅纳米线双曲超材料对自发辐射和侧向Casimir力的调控研究

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碳化硅纳米线双曲超材料对自发辐射和侧向Casimir力的调控研究

作者：周影南昌大学

学位级别：硕士

近年来,双曲超材料受到了人们的广泛关注,它是一种人工复合材料,具有双曲色散性质,与普通材料相比,双曲超材料拥有更加优异的光学性质,具有许多普通材料没有的独特物理特性。双曲超材料在增强近场辐射热传输、原子的自发辐射等方面具有... 详细信息

近年来,双曲超材料受到了人们的广泛关注,它是一种人工复合材料,具有双曲色散性质,与普通材料相比,双曲超材料拥有更加优异的光学性质,具有许多普通材料没有的独特物理特性。双曲超材料在增强近场辐射热传输、原子的自发辐射等方面具有重要应用。本论文的研究主要包含两个方面:首先,本文提出了一种基于碳化硅纳米线的双曲超材料和石墨烯构造的三明治结构,主要研究了该结构附近的量子发射器的自发辐射行为。研究发现,当量子发射器置于碳化硅纳米线双曲超材料附近时,可以在双曲带内实现对自发辐射的增强,而当量子发射器置于三明治结构的近场区域时,在双曲带内和双曲带外都可以实现自发辐射的增强。本文详细研究了两个量子发射器的辐射透过三明治结构的超辐射特性,发现无论是双曲带内还是双曲带外,系统都可以在较宽的频率范围处于超辐射状态。利用石墨烯等离激元的可调谐性,通过外场控制石墨烯的化学势就可以实现对自发辐射的调控。通过主动控制石墨烯的化学势,即使增加两个量子发射器之间的距离,仍然可以实现超辐射。第二,本文研究了半径为50 nm和500 nm的纳米粒子在由碳化硅制成的双曲超材料附近转动时的侧向Casimir力。研究发现当碳化硅纳米线双曲超材料的填充因子取合适值时,半径为50 nm粒子所受到的侧向Casimir力比碳化硅块体附近相同纳米粒子所受到的侧向Casimir力提高了近4倍。这种增强是由纳米粒子激发的共振模式与双曲超材料支持的双曲模式耦合引起的。该研究结果不仅对于调控原子或量子发射器之间的相互作用具有重要帮助,而且为增强纳米尺度物体的相互作用提供了一种有效的方法。

关键词：碳化硅纳米线双曲超材料自发辐射侧向Casimir力

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碳化硅纳米线的电子发射特性

强激光与粒子束 2010年第12期22卷 2945-2948页

作者：陈忠道白书欣李公义李效东万红 College of Aerospace and Materials Engineering National University of Defense Technology Changsha 410073 China

以聚碳硅烷为原料,通过1 200℃高温裂解工艺制备了碳化硅纳米线,并采用碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极材料,进行了电子发射实验。结果表明:与天鹅绒阴极材料相比,碳化硅纳米线具有更高的电子发射电流密度,在115 kV外加激励脉冲高压... 详细信息

以聚碳硅烷为原料,通过1 200℃高温裂解工艺制备了碳化硅纳米线,并采用碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极材料,进行了电子发射实验。结果表明:与天鹅绒阴极材料相比,碳化硅纳米线具有更高的电子发射电流密度,在115 kV外加激励脉冲高压下,电子发射密度为23.7 kA/cm2,而天鹅绒材料为14.0kA/cm2,并具有更好的电子发射品质及更长的使用寿命。因此碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极,具有很好的应用潜力。

关键词：碳化硅纳米线电子发射特性 high power microwave used in SiC 高功率微波源阴极材料天鹅绒发射电流密度使用寿命脉冲高压聚碳硅烷工艺制备高温裂解发射密度原料实验潜力品质结果

竹节状碳化硅纳米线及其复合材料制备与吸波性能研究

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竹节状碳化硅纳米线及其复合材料制备与吸波性能研究

作者：张妍彬西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着军事和民用领域对于吸波材料愈来愈高的需求,探索轻质、宽吸收频带和多功能一体化的电磁波吸收材料迫在眉睫。相较于其他结构的碳化硅材料,竹节状的碳化硅纳米线(Si C nanowires,Si C NWs)密度低,内部具有大量的堆垛层错和缺陷,以... 详细信息

随着军事和民用领域对于吸波材料愈来愈高的需求,探索轻质、宽吸收频带和多功能一体化的电磁波吸收材料迫在眉睫。相较于其他结构的碳化硅材料,竹节状的碳化硅纳米线(Si C nanowires,Si C NWs)密度低,内部具有大量的堆垛层错和缺陷,以及高长径比等优势,使其在吸波领域的研究和应用受到广泛关注。竹节状Si C NWs的低成本、高效率制备是目前的产业难点,且单一Si C材料的阻抗匹配和损耗能力都难以满足吸波材料高功率的要求,限制了其实际应用。为了制备高纯度、形貌均一的竹节状Si C NWs,并提升竹节状Si C NWs材料的吸波性能,本文采用静电纺丝结合高温碳热还原工艺制备Si C NWs,并通过对复合材料的组分设计,构建了不同的材料体系,获得了性能优异的高效吸波材料。本文系统的分析了复合材料的介电及吸波性能,阐明了其电磁波吸收机理,本文主要研究内容如下:采用低成本的酚醛树脂和硅溶胶作为原料,添加碳球作为辅助碳源,通过静电纺丝结合碳热还原工艺制备竹节状Si C NWs。当竹节状Si C NWs在石蜡透波基质中的填充量仅为10 wt%时,在吸波体厚度于3.5 mm时最低反射损耗(RL)可以达到-16.95 d B;在厚度为2.2 mm时样品的有效吸收带宽(EAB)宽为4.34 GHz。在纳米线生长过程中,碳球与微量氧气反应,影响体系内的气体分压造成Si C NWs直径呈现周期性变化。获得的竹节状Si C NWs相互交织构建的三维(3D)导电网络增加了电磁波的多重散射和反射的可能;其内部的缺陷增强了偶极子极化,纳米线表面的氧化层带来了大量异质界面促进了界面极化。为了解决竹节状Si C NWs损耗机制单一,衰减能力差的问题,通过水热法和原位聚合法制备花状硫化铜(Cu S)/Si C NWs@聚苯胺(PANI)复合材料。当Cu S/Si C NWs@PANI填充量为25 wt%时,厚度为2.1 mm时RL为-31.6 d B,EAB可达到4.5 GHz;当填充量增加至35 wt%时,厚度在2.3 mm时RL低至-41.38 d B。Cu S颗粒具有多层的不对称花状结构,促进了电磁波的反射;包裹层导电聚合物PANI与Cu S和Si C NWs构成的异质界面,提升了电导损耗。三元复合材料体系之间的协同作用,有效增强了电磁波吸收性能。针对Si C NWs阻抗匹配特性较差的问题,将其与磁性金属Ni复合,通过溶剂热法制备了花状镍(Ni)/Si C NWs复合材料。当Ni/Si C NWs复合材料的填充量为50 wt%时,在厚度为1.9 mm时RL可达到-49.26 d B,EAB为4.25 GHz;当填充量为60 wt%时,在厚度为1.8 mm时EAB宽为5.0 GHz(12.5～17.5 GHz)。当电子在Ni颗粒的层状花瓣之间跃迁,产生耦合电路将入射电磁波转化为热能耗散,增强了电导损耗能力;磁性金属Ni为材料带来了以涡流损耗、自然共振为主的磁损耗,加强了损耗机制,且改善了Si C NWs的阻抗匹配性能。

关键词：碳化硅纳米线静电纺丝电磁波吸收性能复合材料

碳包覆碳化硅纳米线增强氧化铝陶瓷复合材料的制备及力学性能研究

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碳包覆碳化硅纳米线增强氧化铝陶瓷复合材料的制备及力学性能研究

作者：黄晓悦东华大学

学位级别：硕士

氧化铝(AlO)陶瓷是一种由离子键和共价键组成的极具应用价值的工程陶瓷。由于具备耐高温、耐腐蚀、机械强度高等优点,在服役环境苛刻的航空、航天和核能等领域获得实际应用。然而,AlO陶瓷存在韧性低的本征缺陷,严重限制其作为工程陶瓷... 详细信息

氧化铝(AlO)陶瓷是一种由离子键和共价键组成的极具应用价值的工程陶瓷。由于具备耐高温、耐腐蚀、机械强度高等优点,在服役环境苛刻的航空、航天和核能等领域获得实际应用。然而,AlO陶瓷存在韧性低的本征缺陷,严重限制其作为工程陶瓷的广泛应用。通过引入增强相来改善AlO陶瓷的断裂韧性一直是本领域的研究热点。碳化硅纳米线(SiCNWs)具有高强度、高模量、耐高温和耐腐蚀等特性,是一种重要的增强体。但是,SiCNWs存在易团聚、分散性差等问题,严重削弱其强韧化效果。因此,本论文提出通过在SiCNWs表面包覆碳涂层并结合异相沉积的方法,以解决SiCNWs在AlO中分散性差的问题。本文重点研究了酸化时间对SiCNWs表面碳层厚度的影响规律。深入分析了烧结温度和SiCNWs含量等因素对SiCNWs增强AlO复合材料的影响,并对它们的微观结构和力学性能的变化规律进行分析。主要研究内容如下:(1)通过包覆碳涂层并结合异相沉积的方法,实现SiCNWs与AlO的均匀分散和复合。对碳化硅纳米线进行表面改性,先通过硅烷偶联剂在SiCNWs表面接上亲水基团,然后在碳化硅纳米线表面通过原位聚合生成一层平滑的酚醛树脂。将包覆酚醛树脂层的碳化硅纳米线碳化后,得到包覆着碳层的碳化硅纳米线SiCNWs@C。最后将SiCNWs@C酸化改性,通过异相沉积,得到均匀复合的氧化铝-碳化硅纳米线复合粉体。通过透射电子显微镜、热重分析可以确定酸化后的SiCNWs@C的碳含量。(2)调控工艺条件,优化碳化硅纳米线增强氧化铝陶瓷(SiCNWs@C/AlO)复合材料的力学性能。控制变量,先固定复合陶瓷粉体中SiCNWs的含量(2 wt.%),然后改变不同的烧结温度,探索陶瓷粉体的最佳烧结温度。经过力学测试对比后发现,SiCNWs@C/AlO复合陶瓷材料在80 MPa,1300℃烧结,对氧化铝陶瓷基体的综合力学性能提升效果最好,弯曲强度比未添加增强相的纯氧化铝陶瓷提高了5%,断裂韧性提高了15.4%,达到了5.77MPa·m。(3)在确定最佳烧结温度后,探究在氧化铝陶瓷粉体中SiCNWs的最佳掺杂含量,对陶瓷块体打磨,对其进行力学性能测试,研究发现当氧化铝复合材料中添加3 wt.%的碳化硅纳米线时,陶瓷材料的弯曲强度提高了16.4%,断裂韧性提高了21.0%。

关键词：氧化铝陶瓷复合材料碳化硅纳米线异相沉积力学性能

碳化硅纳米线增强钛基复合材料的制备与性能研究

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钛工业进展 2022年第1期39卷 16-20页

作者：张瑞刚杨庆浩刘跃王玉鹏赵鹏飞张于胜西安科技大学材料科学与工程学院陕西西安710054 西安稀有金属材料研究院有限公司陕西西安710016 西北有色金属研究院陕西西安710016

采用球磨法将Ti60合金粉末与碳化硅纳米线(SiCnw)混合,通过放电等离子活化烧结工艺制备SiCnw/Ti60复合材料。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能力学试验机研究复合材料的组织形貌、物相结构和力学性能。结果表明,在Ti60合金中添加S... 详细信息

采用球磨法将Ti60合金粉末与碳化硅纳米线(SiCnw)混合,通过放电等离子活化烧结工艺制备SiCnw/Ti60复合材料。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能力学试验机研究复合材料的组织形貌、物相结构和力学性能。结果表明,在Ti60合金中添加SiCnw后,基体晶粒尺寸显著减小,当SiCnw添加量为0.1%(质量分数)时,SiCnw/Ti60复合材料的晶粒尺寸较Ti60合金下降42%,抗拉强度提高2.7%,为1037 MPa。SiCnw在晶界处的均匀分布可起到钉扎效应,在拉伸过程中SiCnw承担了基体间的载荷传递,从而提高了SiCnw/Ti60复合材料的拉伸强度。

关键词：钛基复合材料碳化硅纳米线显微组织力学性能

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碳热还原制备不同形貌的碳化硅纳米线

无机化学学报 2006年第10期22卷 1833-1837页

作者：郝雅娟靳国强郭向云中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化重点实验室中国科学院研究生院北京100039

以酚醛树脂为碳源,正硅酸乙酯为硅源,硝酸镧和表面活性剂为调控剂,通过溶胶-凝胶和碳热还原反应制备了不同形貌的碳化硅纳米线。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线散射能谱对所制备的碳化硅纳米线进行表征。结果表... 详细信息

以酚醛树脂为碳源,正硅酸乙酯为硅源,硝酸镧和表面活性剂为调控剂,通过溶胶-凝胶和碳热还原反应制备了不同形貌的碳化硅纳米线。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线散射能谱对所制备的碳化硅纳米线进行表征。结果表明,通过此方法所制备的碳化硅纳米线均为立方结构的β-SiC,分别具有直线状、竹节状和链珠状、分枝状等不同形貌。金属催化剂和表面活性剂对碳化硅纳米线的结构和形貌变化有重要影响。

关键词：碳化硅纳米线溶胶-凝胶碳热还原硝酸镧表面活性剂