CN102295286A - 一种Fe催化制备β-碳化硅纳米纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种Fe催化制备β-碳化硅纳米纤维的制备方法，属于陶瓷材料领域。本发明采用间苯二酚-甲醛/二氧化硅复合气凝胶与硝酸铁的混合物作为前驱体，在氩气氛围，1300℃～1400℃温度下处理1～5小时，进行碳热还原反应，最后经过纯化处理得到纯β-碳化硅纳米纤维材料。该发明具有工艺简单、生成温度较低、对环境无污染、耗能低的优点，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于碳化硅纳米材料领域，特别涉及一种Fe催化制备β-碳化硅纳米纤维的制备方法。
背景技术
以硅为代表的第一代元素半导体(Si、Ge等)和以砷化镓(GaAs)为代表的第一代化合物半导体大大推动了微电子技术和光电子技术的发展，但是由于材料本身性能的限制，其器件应用也趋于极限。现代科技越来越多的领域需要高频率、大功率、耐高温、化学稳定性好以及可以在强辐射环境中工作的材料，传统的半导体材料受到挑战，发展宽带隙半导体材料成为个迫切的任务。与硅和砷化镓等传统半导体材料相比，碳化硅拥有很多优良的特性，比如带隙宽，热导率高，临界击穿电场高，电子饱和迁移速率高，抗氧化抗腐蚀耐高温能力强等。因此以碳化硅为代表的第三代半导体受到了人们极大的关注，在制备高温、高频、大功率、光电子及抗辐射器件等方面具有巨大的潜力。
碳化硅有多种晶型，可根据结构的不同分为两类：一种是具有立方结构的3C-SiC，通常称为β-SiC；其余六角和菱形结构的SiC称为α-SiC。相对于α-SiC来说，β-SiC的键能最小，晶格自由能最大，所以β-SiC最易成核，且所需要的生长温度最低，另外，β-SiC的电子迁移率是SiC中最高的，其高热导率和高临界击穿电场预示着可以得到高的器件密度，所以β-SiC是高温、大功率和高速器件的首选材料[李婷，碳化硅纳米材料的制备与表征.山尔大学，2009]。所以，探索在工艺简单、生成温度较低、耗能少的条件下大量制备β-SiC纳米材料，对于提升β-SiC的性能及拓宽其应用都具有重要的意义。目前，SiC的制备方法主要是使用不同碳源、硅源的碳热还原法。比如Zhou D等人用SiO气体与碳纳米管在流动的氢气保护下反应制成实心SiC纳米晶须[Chem.Phys.Lett.，1994，222：233-238]；Dai H等报导了利用碳纳米管与SiO或SiI2在1200℃反应合成直行为2～30nm，长度达20μm的SiC纳米晶须[Nature，1995，375：769-772]；Baek Y等人报导了利用NiO/Si的复合型基材与石墨粉的碳热还原反应制成β-SiC纳米线[Mater.Sci.Eng.C，2006，26：805-808]；Dhage S等人利用SiO2粉末与活性炭的混合物在1450℃下制备了纳米β-SiC纤维[Mater.Lett.，2009，63：174-176]上述制备工艺中都是使用的原料为单独的碳源和硅源，这种情况下碳源和硅源很难混合均匀，在实际制备过程中，常会造成原料利用率偏低，产率不高等问题。因此，开发一种利用碳硅成分混合均匀、工艺简单的前驱体来制备纳米碳化硅的方法，对于提高其生产效率和拓宽其应用都具有重要的意义。
发明内容
本发明针对现有技术的上述问题，提供一种Fe催化制备β-碳化硅纳米纤维的制备方法
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：种Fe催化制备β-碳化硅内米纤维的制备方法，按下述步骤制得：
步骤一：按照碳元素与铁元素摩尔比10∶1～100∶1将间苯二酚-甲醛/二氧化硅复合气凝胶粉末与硝酸铁研磨混合，将混合物置于氧化铝坩埚内，平推入真空管式炉中，抽去炉内空气并充入氩气，保持氩气的流量为200～300ml/min，按照5℃/min的速率从室温逐步升温至1300℃～1400℃，保温处理1～5小时，得到未提纯的样品；
步骤二：将步骤一所得样品在600℃空气气氛中灼烧5小时以除去碳，然后用40％的氢氟酸和65％的浓硝酸按体积比3∶1配制的混合液处理72小时，除去二氧化硅，最后用去离子水反复清洗之滤液pH为中性，烘干，制得提纯的β-碳化硅纳米纤维。
本发明的优势在于采用溶胶-凝胶技术，首先得到碳硅元素分布均匀、具有三维、均一的互穿交联结构的间苯二酚-甲醛/二氧化硅复合气凝胶，这种原料能使碳硅元素在纳米水平上进行混合，反应活性高，工艺易于操作。反应过程中几乎没有污染环境的有害气体产生，有利于环保。该方法工艺简单、生成温度较低、对环境无污染、耗能低，易于实现大规模生产。与其他工艺相比，本发明的产物具有纯度高、结晶性好、粗细均匀等特点。
附图说明
附图1为β-碳化硅纳米纤维的扫描电镜(SEM)图。
附图2为β-碳化硅纳米纤维的X射线衍射(XRD)图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明：
实施例1
(1)按照质量比为1∶0.084称取1.000g间苯二酚-甲醛/二氧化硅复合气凝胶粉末和0.084g硝酸铁(其中C/Fe摩尔比为100∶1)，充分研磨，将混合物置于氧化铝坩埚中，平推入真空管式炉中，密封，抽去炉内空气，充入氩气，保持氩气的流量为300ml/min，然后以5℃/min的升温速率升至预定温度，在1300℃下进行热处理1小时。加热程序完成后，静置炉体冷却至室温，取出未提纯的样品。
(2)先在空气气氛下600℃灼烧以除去碳，然后用40％的氢氟酸和65％的浓硝酸按体积比3∶1配制的混合液处理72小时，除去二氧化硅，最后经过去离子水清洗和离心处理，干燥，制得提纯的纳米β-碳化硅，产率为64.9％。
如附图1扫描电镜(SEM)图所示产物由大量的长度可达数十微米的尤规线团物质构成，呈现粗细均匀的弯曲纤维状，粗细均匀，直径在100nm左右；如附图2X射线衍射分析表明产物为结晶性良好的单相β-SiC。
实施例2
本是实施例与实施例1不同的是将间苯二酚-甲醛/二氧化硅复合气凝胶与硝酸铁的质量比调整为1∶0.167(其中C/Fe摩尔比为50∶1)，充分研磨，将混合物置于氧化铝坩埚中，平推入真空管式炉中，密封，抽去炉内空气，充入氩气，保持氩气的流量为200ml/min，然后以5℃/min的升温速率升至预定温度，在1400℃下进行热处理1小时。加热程序完成后，静置炉体冷却至室温，取出未提纯的样品。
(2)先在空气气氛下600℃灼烧以除去碳，然后用40％的氢氟酸和65％的浓硝酸按体积比3∶1配制的混合液处理72小时，除去二氧化硅，最后经过去离子水清洗和离心处理，干燥，制得提纯的纳米β-碳化硅。
分析结果发现有大量的纳米纤维状β-碳化硅生成，直径100nm左右，收率为28.664.9％。
实施例3
本是实施例与实施例1不同的是将间苯二酚-甲醛/二氧化硅复合气凝胶与硝酸铁的质量比调整为1∶0.278(其中C/Fe摩尔比为30∶1)，充分研磨，将混合物置于氧化铝坩埚中，平推入真空管式炉中，密封，抽去炉内空气，充入氩气，保持氩气的流量为250ml/min，然后以5℃/min的升温速率升至预定温度，在1350℃下进行热处理3小时。加热程序完成后，静置炉体冷却至室温，取出未提纯的样品。
(2)先在空气气氛下600℃灼烧以除去碳，然后用40％的氢氟酸和65％的浓硝酸按体积比3∶1配制的混合液处理72小时，除去二氧化硅，最后经过去离子水清洗和离心处理，干燥，制得提纯的纳米β-碳化硅。
分析结果发现有纤维状纳米β-碳化硅生成，直径120nm左右，收率为50.0％。
实施例4
本是实施例与实施例1不同的是将间苯二酚-甲醛/二氧化硅复合气凝胶与硝酸铁的质量比调整为1∶0.835(其中C/Fe摩尔比为10∶1)，充分研磨，将混合物置于氧化铝坩埚中，平推入真空管式炉中，密封，抽去炉内空气，充入氩气，保持氩气的流量为300ml/min，然后以5℃/min的升温速率升至预定温度，在1400℃下进行热处理4小时。加热程序完成后，静置炉体冷却至室温，取出未提纯的样品。
(2)先在空气气氛下600℃灼烧以除去碳，然后用40％的氢氟酸和65％的浓硝酸按体积比3∶1配制的混合液处理72小时，除去二氧化硅，最后经过去离子水清洗和离心处理，干燥，制得提纯的纳米β-碳化硅。
分析结果发现有纳米β-碳化硅纤维生成，直径120nm左右，收率为31.4％。
以上已对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (1)
1.一种Fe催化制备β-碳化硅纳米纤维的制备方法，其特征在于按下述步骤制得：
步骤一：按照碳元素与铁元素摩尔比10∶1～100∶1将间苯二酚-甲醛/二氧化硅复合气凝胶粉末与硝酸铁研磨混合，将混合物置于氧化铝坩埚内，平推入真空管式炉中，抽去炉内空气并充入氩气，保持氩气的流量为200～300ml/min，按照5℃/min的速率从室温逐步升温至1300℃～1400℃，保温处理1～5小时，得到未提纯的样品；
步骤二：将步骤一所得样品在600℃空气气氛中灼烧5小时以除去碳，然后用40％的氢氟酸和65％的浓硝酸按体积比3∶1配制的混合液处理72小时，除去二氧化硅，最后用去离子水反复清洗之滤液pH为中性，烘干，制得提纯的β-碳化硅纳米纤维。
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102828249A (zh) * | 2012-04-27 | 2012-12-19 | 中国人民解放军第二炮兵工程学院 | 一种在柔性碳纤维衬底上制备单晶碳化硅纳米线的方法 |
| CN103864076A (zh) * | 2012-12-11 | 2014-06-18 | 河南工业大学 | 基于SiO2气凝胶为模板的碳化硅气凝胶制备方法 |
| CN104927761A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-09-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种SiC@C核壳结构纳米线的制备方法 |
| CN105198441A (zh) * | 2015-10-30 | 2015-12-30 | 武汉科技大学 | 一种高温垃圾焚烧炉用浇注料及其制备方法 |
| CN106744966A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-31 | 北京光华纺织集团有限公司 | 一种碳化硅纳米材料的制备方法 |
| CN109110763A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-01 | 华南农业大学 | 一种碳化硅纳米管及其制备方法和应用 |
| CN109879285A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-06-14 | 武汉工程大学 | 一种碳化硅纳米材料及其制备方法 |
| CN111484017A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-08-04 | 黑龙江冠瓷科技有限公司 | 一种基于二氧化硅微球@C制备SiC纳米颗粒的方法 |
| CN113564687A (zh) * | 2021-08-24 | 2021-10-29 | 安徽工业大学 | 一种铬催化的碳化硅晶须及其制备方法 |
| CN113718370A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-11-30 | 郑州航空工业管理学院 | 一种中空碳化硅纤维的制备方法 |
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2011
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102828249A (zh) * | 2012-04-27 | 2012-12-19 | 中国人民解放军第二炮兵工程学院 | 一种在柔性碳纤维衬底上制备单晶碳化硅纳米线的方法 |
| CN103864076A (zh) * | 2012-12-11 | 2014-06-18 | 河南工业大学 | 基于SiO2气凝胶为模板的碳化硅气凝胶制备方法 |
| CN104927761A (zh) * | 2015-05-14 | 2015-09-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种SiC@C核壳结构纳米线的制备方法 |
| CN104927761B (zh) * | 2015-05-14 | 2017-04-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种SiC@C核壳结构纳米线的制备方法 |
| CN105198441A (zh) * | 2015-10-30 | 2015-12-30 | 武汉科技大学 | 一种高温垃圾焚烧炉用浇注料及其制备方法 |
| CN106744966A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-31 | 北京光华纺织集团有限公司 | 一种碳化硅纳米材料的制备方法 |
| CN109110763A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-01-01 | 华南农业大学 | 一种碳化硅纳米管及其制备方法和应用 |
| CN109879285A (zh) * | 2019-03-21 | 2019-06-14 | 武汉工程大学 | 一种碳化硅纳米材料及其制备方法 |
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| CN111484017A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-08-04 | 黑龙江冠瓷科技有限公司 | 一种基于二氧化硅微球@C制备SiC纳米颗粒的方法 |
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