CN101319368B - 一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法 - Google Patents
一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101319368B CN101319368B CN2008100623581A CN200810062358A CN101319368B CN 101319368 B CN101319368 B CN 101319368B CN 2008100623581 A CN2008100623581 A CN 2008100623581A CN 200810062358 A CN200810062358 A CN 200810062358A CN 101319368 B CN101319368 B CN 101319368B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sio
- gel
- nano
- sio2
- crucible
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法。以正硅酸乙酯和去离子水为原料，无水乙醇为溶剂，盐酸为催化剂，制备SiO2溶胶；在溶胶凝胶之前，加入纳米活性炭黑粒子，超声分散，然后陈化凝胶；将凝胶于烘箱中处理，获得含C的SiO2干凝胶；干凝胶粉碎后放入石墨坩埚中，盖上抛光的石墨片，在真空高温烧结炉，抽真空到1～100Pa，充入氩气保护，然后升温到1200～1600℃保温1～10小时；冷却至室温，在坩埚内长了许多白色絮状的产物SiO2纳米线，在石墨片表面有一层淡绿色产物SiC晶须。本发明低成本、高产量的超长SiO2纳米线在制备无纺布及纳米过滤材料方面具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法。
背景技术
近年来，准一维纳米材料由于其独特的物理、化学性质，以及在纳米电子学和光电子学器件中巨大潜在的应用前景，引起了人们对其合成和性能研究的极大兴趣。SiO2纳米线具有发射蓝光的特性，是一种极有前途的荧光材料，在纳米光电子学等领域有重大潜在的应用价值。关于二氧化硅纳米线的制备方法较多，主要的制备方法有：激光融蚀法、热蒸发法、溶胶凝胶法和化学气相沉积法等。例如：Dai等以熔融的镓为催化剂，硅烷为气源，采用化学气相沉积法在1150℃制备了SiO2纳米线(Nano Letters，2003，3(9)：1279-1284)。Liu等在试图以镓为原料制备GaN纳米线的实验中意外得到了超长的SiO2纳米线阵列(Adv.Mater.2002，14(2)：122-124)。Liang等通过物理蒸发包含Fe和硅粉的二氧化硅干凝胶的方法合成了非晶的SiO纳米线(Journal of Non-Crystalline Solids，2000，277：63-67)。在国内方面，吴萍采用活性炭还原SnO2粉末得到的金属锡作为催化剂，在硅片上生长出SiOx纳米线(《汕头大学学报：自然科学版》2006年21卷.4期：36-40)。Dai等以熔融的镓为催化剂，硅烷为气源，Pan等以熔融的镓为催化剂，硅片、SiO粉或硅烷为硅源，制备了各种形貌的SiO2纳米线(《清华大学学报：自然科学英文版》2005年10卷6期：718-728)。以上方法制备SiO2纳米线均不很理想，如存在催化剂、产量少、制备设备复杂等方面问题，进一步探求更先进的制备SiO2纳米线的方法是非常必要的。
SiC晶须具有高的化学稳定性、高硬度和高比强度、以及抗高温氧化性，并能与铝、钛、镁等金属和氧化铝、氧化锆等氧化物有很好的化学相溶性和润湿性，故为制备金属基和陶瓷基复合材料的主要补强增韧材料之一。已广泛应用于机械、电子、化工、能源、航空航天及环保等众多领域。此外，SiC晶须与其体材料相比，具有高的禁带宽度，高的临界击穿电场和热导率，小的介电常数和较高的电子饱和迁移率，以及抗辐射能力强，机械性能好等特性，成为制作高频、大功率、低能耗、耐高温和抗辐射纳米光电子器件的理想材料。目前生产SiC晶须的方法大体上可分为两种，一种为气相反应法，即用含碳气体与含硅气体反应；或者分解一种含碳、硅化合物的有机气体合成SiC晶须的方法。另一种为固体材 料法，即利用载气通过含碳和含硅的混合材料，在与反应材料隔开的空间形成SiC晶须的合成方法。在这两种方法中，Si和C都必须为气相或进入液相成分利用VLS法合成SiC晶须。SiC晶须制备的反应机理主要有：用VLS法制取SiC晶须(“蒸气-液体-固相”法)，和通过VS机理合成SiC晶须(只涉及固、气两相，整个生成过程不涉及液相存在)。具体制备SiC晶须的方法有许多：用稻壳合成、有机硅化合物热分解、卤化硅与CCl4等混合气体反应、含硅氧化物碳热还原制备SiC晶须等等。但用以上方法制备SiC晶须均不很理想，如存在环境污染、制备设备复杂等方面问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法，以溶胶-凝胶碳热还原法制备SiO2纳米线和SiC晶须。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1)先以正硅酸乙酯和去离子水为原料，正硅酸乙酯与去离子水的体积比为3∶1～1∶1，无水乙醇为溶剂，与正硅酸乙酯和去离子水的总体积比为1∶1～1∶3，盐酸为催化剂数滴，制备SiO2溶胶；
2)在溶胶凝胶之前，加入纳米活性炭黑粒子，超声分散，然后陈化凝胶，将凝胶于烘箱中90℃处理，获得含C的SiO2干凝胶，SiO2和C的摩尔比范围为3∶1至1∶3；
3)将此干凝胶粉碎后放入石墨坩埚中，盖上抛光的石墨片，放入真空高温烧结炉，抽真空到1～100Pa，充入氩气保护，然后升温到1200～1600℃保温1～10小时。最后关掉加热电源，在循环水冷却的情况下使炉子自然冷却至室温，打开烧结炉取出试样，发现坩埚内部生长了许多白色絮状的产物SiO2纳米线和同时盖在坩埚上的石墨片表面有一层淡绿色产物SiC晶须。
本发明具有的有益的效果是：
1)生长的SiC晶须为直棒状，纯度高；
2)SiO2纳米线的产量高，长度长，能达到数百微米；
3)生长SiO2纳米线和SiC晶须的成本很低；
4)不存在环境污染，制备工艺及设备简单；
5)同时制备了SiO2纳米线和SiC晶须；
本发明高产量的超长SiO2纳米线在制备无纺布及纳米过滤材料方面具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是坩埚内部的SiO2纳米线及石墨片上的SiC晶须。
图2是生成SiO2纳米线不同放大倍数的扫描电镜照片。
图3是石墨片上的SiC晶须不同放大倍数的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种以溶胶-凝胶碳热还原法制备SiO2纳米线和SiC晶须方法的实施例：
实施例1：
先分别将112ml正硅酸己酯与70ml乙醇配成混合液，54ml去离子水与14ml乙醇配成混合液。再将两混合液混合，搅拌，滴加盐酸催化剂得到溶胶250ml，将溶胶平均分成五份，分别加入1.2g、1.8g、2.4g、3g、3.6g炭黑粉，并搅拌混合均匀，陈化1天，转入烘箱中，90℃处理一天，获得五份含C的SiO2干凝胶(SiO2和C的摩尔比分别为1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶25、1∶3)，将此干凝胶粉碎后放入石墨坩埚中，盖上抛光的石墨片，放入真空高温烧结炉，抽真空到1Pa，充入氩气保护，然后升温到1550℃保温3小时。最后关掉加热电源，在循环水冷却的情况下使炉子自然冷却至室温，打开烧结炉取出试样，发现坩埚内部生长了许多白色絮状的产物，同时盖在坩埚上的石墨片表面有一层淡绿色产物(如图1)。经X射线衍射及能谱分析表明白色絮状产物为SiO2纳米线，淡绿色产物为SiC晶须。图2为生成SiO2纳米线的扫描电镜照片，图3为石墨片上合成了SiC晶须。
实施例2：
先分别将224ml正硅酸己酯与140ml乙醇配成混合液，108ml去离子水与28ml乙醇配成混合液。再将两混合液混合，搅拌，滴加盐酸催化剂得到溶胶500ml，将溶胶分成五份(50ml、75ml、100ml、125ml、150ml)，分别加入1.2g炭黑粉，并搅拌混合均匀，陈化1天，转入烘箱中，90℃处理，获得五份含C的SiO2干凝胶(SiO2和C的摩尔比分别为1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1)，将此干凝胶粉碎后放入石墨坩埚中，盖上抛光的石墨片，放入真空高温烧结炉，抽真空到1Pa，充入氩气保护，然后升温到1500℃保温3小时。最后关掉加热电源，在循环水冷却的情况下使炉子自然冷却至室温，打开烧结炉取出试样，发现坩埚内部生长了许多白色絮状的产物，同时盖在坩埚上的石墨片表面有一层淡绿色产物(如图1)。经X射线衍射及能谱分析表明白色絮状产物为SiO2纳米线，淡绿色产物为SiC晶须。
实施例3：
先分别将112ml正硅酸己酯与70ml乙醇配成混合液，54ml去离子水与14ml乙醇配成混合液。再将两混合液混合，搅拌，滴加盐酸催化剂得到溶胶250ml，将溶胶平均分成五份，分别加入1.2g、1.8g、2.4g、3g、3.6g炭黑粉，并搅拌混合均匀，陈化1天，转入烘箱中，90℃处理一周，获得五份含C的SiO2干凝胶(SiO2和C的摩尔比分别为1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3)，将此干凝胶粉碎后放入石墨坩埚中，盖上抛光的石墨片，放入真空高温烧结炉，抽真空到1Pa，充入氩气保护，然后升温到1200℃保温10小时。最后关掉加热电源，在循环水冷却的情况下使炉子自然冷却至室温，打开烧结炉取出试样，发现坩埚内部生长了许多白色絮状的产物，同时盖在坩埚上的石墨片表面有一层淡绿色产物。
实施例4：
先分别将224ml正硅酸己酯与140ml乙醇配成混合液，108ml去离子水与28ml乙醇配成混合液。再将两混合液混合，搅拌，滴加盐酸催化剂得到溶胶500ml，将溶胶分成五份(50ml、75ml、100ml、125ml、150ml)，分别加入1.2g炭黑粉，并搅拌混合均匀，陈化1天，转入烘箱中，90℃处理，获得五份含C的SiO2干凝胶(SiO2和C的摩尔比分别为1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1)，将此干凝胶粉碎后放入石墨坩埚中，盖上抛光的石墨片，放入真空高温烧结炉，抽真空到1Pa，充入氩气保护，然后升温到1600℃保温1小时。最后关掉加热电源，在循环水冷却的情况下使炉子自然冷却至室温，打开烧结炉取出试样，发现坩埚内部生长了许多白色絮状的产物，同时盖在坩埚上的石墨片表面有一层淡绿色产物(如图1)。经X射线衍射及能谱分析表明白色絮状产物为SiO2纳米线，淡绿色产物为SiC晶须。
Claims (1)
1.一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1)先以正硅酸乙酯和去离子水为原料，正硅酸乙酯与去离子水的体积比为3∶1～1∶1，无水乙醇为溶剂，与正硅酸乙酯和去离子水的总体积比为1∶1～1∶3，盐酸为催化剂数滴，制备SiO2溶胶；
2)在溶胶凝胶之前，加入纳米活性炭黑粒子，超声分散，然后陈化凝胶，将凝胶于烘箱中90℃处理，获得含C的SiO2干凝胶，SiO2和C的摩尔比范围为3∶1至1∶3；
3)将此干凝胶粉碎后放入石墨坩埚中，盖上抛光的石墨片，放入真空高温烧结炉，抽真空到1～100Pa，充入氩气保护，然后升温到1200～1600℃保温1～10小时，最后关掉加热电源，在循环水冷却的情况下使炉子自然冷却至室温，打开烧结炉取出试样，发现坩埚内部生长了许多白色絮状的产物SiO2纳米线和同时盖在坩埚上的石墨片表面有一层淡绿色产物SiC晶须。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100623581A CN101319368B (zh) | 2008-05-09 | 2008-05-09 | 一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100623581A CN101319368B (zh) | 2008-05-09 | 2008-05-09 | 一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101319368A CN101319368A (zh) | 2008-12-10 |
| CN101319368B true CN101319368B (zh) | 2011-01-26 |
Family
ID=40179623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100623581A Expired - Fee Related CN101319368B (zh) | 2008-05-09 | 2008-05-09 | 一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101319368B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101613881B (zh) * | 2009-07-22 | 2011-11-16 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种制备SiC纳米线阵列的方法 |
| CN102502664B (zh) * | 2011-11-11 | 2013-01-23 | 武汉大学 | 一种SiO2纳米纤维束阵列的合成方法 |
| CN102603344B (zh) * | 2012-03-30 | 2014-08-27 | 郑州大学 | 一种碳化硅晶须增韧二硼化锆陶瓷的制备工艺 |
| CN102676106B (zh) * | 2012-05-11 | 2014-03-12 | 天津大学 | 精密金属箔电阻芯片用耐高温粘箔复合胶及其制备方法 |
| CN103896282B (zh) * | 2012-12-25 | 2015-09-30 | 北京有色金属研究总院 | 氧化硅纳米线的碳化硅粉末压坯制备方法 |
| CN105244245B (zh) * | 2015-08-31 | 2017-03-29 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 碳化硅纳米线‑石墨复合阴极及其制备方法 |
| CN111252765B (zh) * | 2019-09-19 | 2022-06-03 | 双登集团股份有限公司 | 一种活性炭微孔保护方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1061813A (zh) * | 1990-11-21 | 1992-06-10 | 中国科学院金属研究所 | 一种单晶碳化硅短纤维的制备方法 |
| CN1487127A (zh) * | 2003-07-17 | 2004-04-07 | 上海交通大学 | 大量制备β－SiC纳米晶须的方法 |
| CN1740094A (zh) * | 2005-06-23 | 2006-03-01 | 复旦大学 | 一种单晶氧化硅纳米线的合成方法 |
-
2008
- 2008-05-09 CN CN2008100623581A patent/CN101319368B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1061813A (zh) * | 1990-11-21 | 1992-06-10 | 中国科学院金属研究所 | 一种单晶碳化硅短纤维的制备方法 |
| CN1487127A (zh) * | 2003-07-17 | 2004-04-07 | 上海交通大学 | 大量制备β－SiC纳米晶须的方法 |
| CN1740094A (zh) * | 2005-06-23 | 2006-03-01 | 复旦大学 | 一种单晶氧化硅纳米线的合成方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 蔡长秀等.溶胶_凝胶法制备碳化硅晶须.稀有金属材料与工程.2007,36(S1),140-142. * |
| 陈静.一种碳化硅纳米线的合成方法.淮阴工学院学报.2006,15(3),50-56. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101319368A (zh) | 2008-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101319368B (zh) | 一种同时合成SiO2纳米线和SiC晶须的方法 | |
| CN103738964B (zh) | 一种SiC/SiO2同轴纳米线的制备方法 | |
| CN102730687A (zh) | 以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法 | |
| CN101837976B (zh) | 一种以四氯化硅为硅源制备超长SiC纳米线的方法 | |
| CN105293499B (zh) | 一种b、n共掺杂碳化硅纳米吸波材料的制备方法 | |
| CN109052404A (zh) | 一种生物质碳材料原位生长碳化硅纳米材料的制备方法 | |
| Filippo et al. | Single crystalline β-Ga2O3 nanowires synthesized by thermal oxidation of GaSe layer | |
| CN100338266C (zh) | 一种合成碳化硅纳米棒的方法 | |
| CN103878006B (zh) | 一种碳化硅/碳纳米材料复合可见光光催化剂的制备方法 | |
| CN106431407B (zh) | 一种利用高温超高压制备片状二硒化铂的方法 | |
| Qin et al. | Preparation of SiC nanowires based on graphene as the template by microwave sintering | |
| CN101348253B (zh) | 热蒸发法制备孪晶结构碳化硅纳米线的方法 | |
| CN101786597A (zh) | 一种表面包覆碳层的TiO2核壳结构纳米棒阵列及其制备方法 | |
| CN100560487C (zh) | 一种低温制备立方碳化硅纳米线的方法 | |
| CN104692387B (zh) | 一种以含硅生物质为原料低温制备纳米碳化硅的方法及所制备得到的纳米碳化硅 | |
| CN101649491A (zh) | 一种定向生长SiC单晶纳米线阵列的方法 | |
| CN101870470A (zh) | 一种分级结构SiC纳米线的制备方法 | |
| CN101700980B (zh) | 溶胶凝胶-水热法制备纳米莫来石粉体的方法 | |
| CN102557055B (zh) | 一种硅酸锆粉体的制备方法 | |
| CN1330796C (zh) | 一种合成两种不同形状碳化硅纳米线的方法 | |
| CN102674355A (zh) | 一种α晶相介孔碳化硅材料及其制备方法 | |
| Farhadi et al. | Microwave-assisted Decomposition of two Simple Zinc (II) Schiff Base Complexes: A Facile and Fast Route to Synthesize ZnO Nanostructures | |
| CN105948004A (zh) | 一种水自升压力下制备黑磷的方法 | |
| CN102502675B (zh) | 一种球形硅酸锆纳米晶的制备方法 | |
| CN113980677A (zh) | 一种g-C3N4量子点及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110126 Termination date: 20110509 |