CN102730687B - 以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法 - Google Patents
以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102730687B CN102730687B CN201210231393.8A CN201210231393A CN102730687B CN 102730687 B CN102730687 B CN 102730687B CN 201210231393 A CN201210231393 A CN 201210231393A CN 102730687 B CN102730687 B CN 102730687B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon source
- sic nano
- black lead
- nano wire
- expansible black
- 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.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法。采用可膨胀石墨为碳源，硅粉和二氧化硅粉为硅源；或采用正硅酸乙酯为硅源，将正硅酸乙酯溶解于无水乙醇中，加入草酸以加速正硅酸乙酯水解再干爆燥后；将碳源和硅源混合并研磨均匀置于石墨坩埚中并放入高温气氛箱式炉内，抽真空并充入保护气体；升温到1300～1800℃，保温烧结2～8h，整个制备过程中炉内压强低于1MPa；随炉自然冷却至常温，开炉即得SiC纳米线。本发明原料廉价、工艺简单、无污染环境的有害气体、不需任何催化剂，拥有大规模高产率制备的特点，适合SiC纳米线的工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种SiC纳米线的制备方法，尤其是涉及一种以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法。
背景技术
一维半导体纳米材料由于其重要的物理和化学性质，已经引起了人们广泛的关注。SiC纳米线作为第三代宽禁带半导体材料，具有高硬度、高热导率、高击穿电场、高电子迁移速率和强抗氧化性等特点，在纳米光电子器件、纳米场发射器件、纳米复合材料、超疏水器件、新型能源材料和催化方面有着广泛的应用前景。因此，研究探索高效制备SiC纳米线的方法，大规模高产量制备SiC纳米线，对于实现SiC纳米线的工业化生产有着重要的意义。
SiC纳米线的制备方法有很多种，如碳纳米管模板法、电弧放电法、电阻加热蒸发法、氧化物辅助生长法、浮动催化剂法和化学气象沉积法等。但由于上述制备方法大多数需要较高的温度或者催化剂辅助，使得其制备成本大量提高，而且纳米线的产率很低。
发明内容
为了提高SiC纳米线的产率，本发明的目的在于提供一种以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法，以工业可膨胀石墨为碳源，分别与硅粉、二氧化硅粉为硅源或正硅酸乙酯为硅源，通过碳热还原法和溶胶凝胶法大规模制备SiC纳米线。
本发明是通过以下技术方案实现的，具体步骤如下：
技术方案一：
本发明采用可膨胀石墨为碳源，硅粉和二氧化硅粉为硅源，将碳源和硅源混合并研磨均匀后置于石墨坩埚中，并装好原料的石墨坩埚放入高温气氛箱式炉内，抽真空并充入保护气体；升温到1300～1800℃，保温烧结2～8h，整个制备过程中炉内压强低于1MPa；随炉自然冷却至常温，开炉即得SiC纳米线。
所述的硅源和碳源的原料质量分数百分比：可膨胀石墨占总质量的比例为5.2%~57.7%、硅粉占总质量的比例为质量分数百分比为13.5%~30.2%，二氧化硅粉占总质量的比例为质量分数百分比为28.8%~64.6%的混合物。
所述的硅粉和二氧化硅粉为硅源制备的SiC纳米线为β-SiC纳米线，直径为10~100nm，宏观表现为墨绿色粉末。
技术方案二：
本发明采用可膨胀石墨为碳源，正硅酸乙酯为硅源，将正硅酸乙酯溶解于无水乙醇中，加入草酸以加速正硅酸乙酯水解，然后加入可膨胀石墨，磁力搅拌配制混合凝胶，凝胶在70℃干燥4小时，再升至90℃干燥4小时，再升至110℃干燥4小时，研磨成粉状置于石墨坩埚中并放入高温气氛箱式炉内，抽真空并充入保护气体；升温到1300～1800℃，保温烧结2～8h，整个制备过程中炉内压强低于1MPa；随炉自然冷却至常温，开炉即得SiC纳米线。
所述的正硅酸乙酯：可膨胀石墨的摩尔比为1：0.2～5，正硅酸乙酯：无水乙醇：水的摩尔比为1：0.86：4，草酸稀释至0.01mol/L。
所述的正硅酸乙酯为硅源制备的SiC纳米线为β-SiC纳米线，直径为50~500nm，宏观表现为浅绿色或灰白色棉花状物质。
本发明具有的有益效果是：
本发明以可膨胀石墨为碳源，当温度到达250℃以上时，可膨胀石墨经层间化合物分解、汽化，产生大量的气体，一部分气体沿层隙外泄，由于受阻产生高压而将石墨沿C轴方向推开，从而使石墨沿轴方向发生膨胀。此时将为SiC纳米线的生长提供充足的生长空间，通过碳热还原法和溶胶凝胶法，实现了一种高产率制备SiC纳米线的方法，使其具有低能源消耗低成本、工艺简单、无污染、无需催化剂等优点。
附图说明
图1是本发明所述以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法实施例1的产物的扫描电镜照片。
图2是本发明所述以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法实施例2的产物的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1：
本实施例以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线步骤如下：
1、将质量分数百分比为21.4%可膨胀石墨、质量分数百分比为25%的工业硅粉和质量分数百分比为53.6%的二氧化硅粉混合并研磨均匀置于高纯度石墨坩埚中并放入高温气氛箱式炉内；
2、抽真空并充入保护气体为氮气, 制备过程炉内压强低于1MPa；
3、高温气氛箱式炉升至1500℃，保温烧结6h；
4、随炉自然冷却至室温，开炉即得墨绿色SiC纳米线，如图1所示纳米线的直径约100nm。
实施例2：
本实施例以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线步骤如下：
1、将正硅酸乙酯溶解于无水乙醇中，加入草酸以加速正硅酸乙酯水解，正硅酸乙酯：无水乙醇：水的摩尔比为1:0.86:4，草酸稀释至0.01mol/L。然后加入可膨胀石墨，正硅酸乙酯：可膨胀石墨的摩尔比为1：1；
2、磁力搅拌配制混合凝胶，凝胶在70℃干燥4小时，再升至90℃干燥4小时，再升至110℃干燥4小时；研磨成粉状置于高纯石墨坩埚中并放入高温气氛箱式炉内；
3、抽真空并充入保护气体为氩气, 制备过程炉内压强低于1MPa；
4、高温箱式气氛炉升至1500℃，保温烧结6h；
5、随炉自然冷却至室温，开炉即得浅绿色SiC纳米线，如图2所示纳米线的直径约100nm。
实施例3：
本实施例与实施例1不同在于步骤1中将质量分数百分比为5.2%可膨胀石墨、质量分数百分比为30.2%的工业硅粉和质量分数百分比为64.6%的二氧化硅粉混合并研磨均匀；步骤3中温度升至1300℃。其他步骤与实施例1相同。开炉即得墨绿色SiC纳米线，直径约为10nm。
实施例4：
本实施例与实施例1不同在于步骤1中将质量分数百分比为8.3%可膨胀石墨、质量分数百分比为29.2%的工业硅粉和质量分数百分比为62.5%的二氧化硅粉混合并研磨均匀；步骤3中温度升至1600℃，保温烧结2h。其他步骤与实施例1相同。开炉即得墨绿色SiC纳米线，直径约为50nm。
实施例5：
本实施例与实施例1不同在于步骤1中将质量分数百分比为57.7%可膨胀石墨、质量分数百分比为13.5%的工业硅粉和质量分数百分比为28.8%的二氧化硅粉混合并研磨均匀；步骤3中温度升至1800℃，保温烧结8h。其他步骤与实施例1相同。开炉即得墨绿色SiC纳米线，直径约为80nm。
实施例6：
本实施例与实施例2不同在于步骤1中正硅酸乙酯：可膨胀石墨的摩尔比为1：0.2；步骤4中温度升至1300℃。其他步骤与实施例2相同。开炉即得浅绿色SiC纳米线，直径约为200nm。
实施例7：
本实施例与实施例2不同在于步骤1中正硅酸乙酯：可膨胀石墨的摩尔比为1：2；步骤4中温度升至1600℃，保温烧结2h。其他步骤与实施例2相同。开炉即得灰白色SiC纳米线，直径约为300nm。
实施例8：
本实施例与实施例2不同在于步骤1中正硅酸乙酯：可膨胀石墨的摩尔比为1：5；步骤4中温度升至1800℃，保温烧结8h。其他步骤与实施例2相同。开炉即得灰白色SiC纳米线，直径约为500nm。
Claims (2)
1.一种以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法，其特征在于：采用可膨胀石墨为碳源，硅粉和二氧化硅粉为硅源，将碳源和硅源混合并研磨均匀置于石墨坩埚中并放入高温气氛箱式炉内，抽真空并充入保护气体；升温到1300～1800℃，保温烧结2～8h，整个制备过程中炉内压强低于1MPa；随炉自然冷却至常温，开炉即得SiC纳米线；
所述的硅源和碳源的原料质量分数百分比：可膨胀石墨占总质量的比例为5.2%~57.7%、硅粉占总质量的比例为质量分数百分比为13.5%~30.2%，二氧化硅粉占总质量的比例为质量分数百分比为28.8%~64.6%的混合物；
所述的硅粉和二氧化硅粉为硅源制备的SiC纳米线为单晶β-SiC纳米线，直径为10~100nm，宏观表现为墨绿色粉末。
2.一种以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法，其特征在于：采用可膨胀石墨为碳源，正硅酸乙酯为硅源，将正硅酸乙酯溶解于无水乙醇中，加入草酸以加速正硅酸乙酯水解，然后加入可膨胀石墨，磁力搅拌配制混合凝胶，凝胶在70℃干燥4小时，再升至90℃干燥4小时，再升至110℃干燥4小时，研磨成粉状置于石墨坩埚中并放入高温气氛箱式炉内，抽真空并充入保护气体；升温到1300～1800℃，保温烧结2～8h，整个制备过程中炉内压强低于1MPa；随炉自然冷却至常温，开炉即得SiC纳米线；
所述的正硅酸乙酯：可膨胀石墨的摩尔比为1：0.2～5，正硅酸乙酯：无水乙醇：水的摩尔比为1：0.86：4，草酸稀释至0.01mol/L；
所述的正硅酸乙酯为硅源制备的SiC纳米线为单晶β-SiC纳米线，直径为50~500nm，宏观表现为浅绿色或灰白色棉花状物质。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210231393.8A CN102730687B (zh) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | 以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210231393.8A CN102730687B (zh) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | 以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102730687A CN102730687A (zh) | 2012-10-17 |
| CN102730687B true CN102730687B (zh) | 2014-04-16 |
Family
ID=46987093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210231393.8A Active CN102730687B (zh) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | 以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102730687B (zh) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102874810A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-01-16 | 浙江理工大学 | 一种β-SiC纳米粉体的制备方法 |
| CN102976324A (zh) * | 2012-12-05 | 2013-03-20 | 哈尔滨工业大学 | 一种β-SiC纳米线的合成方法 |
| CN103253672B (zh) * | 2013-05-20 | 2014-11-26 | 浙江理工大学 | 基于光电催化分解水制氢的碳化硅纳米线薄膜制备方法 |
| CN103496703B (zh) * | 2013-10-11 | 2015-09-09 | 西南科技大学 | 纤维状纳米碳化硅的制备方法 |
| CN104291339B (zh) * | 2014-09-29 | 2016-08-17 | 浙江大学 | 一种超薄碳化硅材料的制备方法 |
| CN104401995A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-03-11 | 中国电子科技集团公司第四十六研究所 | 一种利用多晶硅块和鳞片石墨制备高纯碳化硅粉的方法 |
| CN104445200B (zh) * | 2014-11-17 | 2016-06-15 | 哈尔滨工业大学 | 一种制备超长碳化硅纳米线的方法 |
| CN106119967A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-16 | 浙江理工大学 | 连续两步制备单晶碳化硅/石墨烯复合纳米纤维的方法 |
| CN106564902A (zh) * | 2016-09-08 | 2017-04-19 | 李志文 | 一种用粉石英制备碳化硅量子点材料的方法 |
| CN106893142A (zh) * | 2017-03-10 | 2017-06-27 | 北京理工大学 | 表面包覆有二氧化钛气凝胶的可膨胀石墨及其制造方法、聚合物 |
| CN107188527B (zh) * | 2017-06-19 | 2019-10-11 | 西安交通大学 | 一种由纳米线构筑的SiC弹性陶瓷及其制备方法 |
| CN107986282B (zh) * | 2017-11-21 | 2021-02-05 | 南京航空航天大学 | 超长碳化硅纳米线棉毡及其制备方法 |
| CN108550471B (zh) * | 2018-04-27 | 2019-07-26 | 陕西科技大学 | 一种碳纤维柔性电极材料及其制备方法 |
| CN110745827B (zh) * | 2018-07-24 | 2022-02-15 | 郑州航空工业管理学院 | 一种二维片状SiC材料的制备方法 |
| CN109553105B (zh) * | 2018-11-23 | 2020-09-15 | 山东天岳先进材料科技有限公司 | 一种高纯碳化硅粉及其制备方法 |
| CN109950493B (zh) * | 2019-03-27 | 2022-02-15 | 东莞东阳光科研发有限公司 | 硅气凝胶/微膨石墨复合材料、其制备方法及应用 |
| CN111232983A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-06-05 | 泉州师范学院 | 一种以海绵状石墨烯或其衍生物为碳源规模化制备SiC纳米线的方法 |
| CN112607740B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-07-26 | 浙江理工大学 | 一种碳化硅纳米纤维气凝胶的制备方法 |
| CN112777598B (zh) * | 2021-01-12 | 2022-06-21 | 浙江理工大学 | 一种高温埋碳碳热还原制备高纯β型-碳化硅微纳粉体的方法 |
| CN113860311B (zh) * | 2021-11-15 | 2024-04-19 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于水煤气变换反应与碳热还原反应获得核壳结构纳米线的制备方法 |
| CN116534861A (zh) * | 2023-06-20 | 2023-08-04 | 江苏超芯星半导体有限公司 | 一种碳化硅粉料的制备方法与碳化硅粉料 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1958443A (zh) * | 2006-11-29 | 2007-05-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种制备超长SiC纳米纤维的方法 |
| CN101327929A (zh) * | 2008-07-31 | 2008-12-24 | 上海交通大学 | 快速制备SiC纳米线的方法 |
| CN101597059A (zh) * | 2009-07-27 | 2009-12-09 | 哈尔滨工业大学 | SiC纳米线的制备方法 |
| CN101850971A (zh) * | 2010-06-04 | 2010-10-06 | 浙江理工大学 | 一种制备高产量SiC纳米线的方法 |
| CN101870470A (zh) * | 2010-06-04 | 2010-10-27 | 浙江理工大学 | 一种分级结构SiC纳米线的制备方法 |
-
2012
- 2012-07-05 CN CN201210231393.8A patent/CN102730687B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1958443A (zh) * | 2006-11-29 | 2007-05-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种制备超长SiC纳米纤维的方法 |
| CN101327929A (zh) * | 2008-07-31 | 2008-12-24 | 上海交通大学 | 快速制备SiC纳米线的方法 |
| CN101597059A (zh) * | 2009-07-27 | 2009-12-09 | 哈尔滨工业大学 | SiC纳米线的制备方法 |
| CN101850971A (zh) * | 2010-06-04 | 2010-10-06 | 浙江理工大学 | 一种制备高产量SiC纳米线的方法 |
| CN101870470A (zh) * | 2010-06-04 | 2010-10-27 | 浙江理工大学 | 一种分级结构SiC纳米线的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102730687A (zh) | 2012-10-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102730687B (zh) | 以可膨胀石墨为碳源SiC纳米线的制备方法 | |
| CN105460910B (zh) | 一种恒温且大规模制备带状黑磷的方法 | |
| CN101850971B (zh) | 一种制备高产量SiC纳米线的方法 | |
| CN106517171B (zh) | 一种石墨烯气凝胶的制备方法 | |
| CN108328621B (zh) | 一种超低密度二氧化硅纳米管气凝胶材料的制备方法 | |
| CN104310326A (zh) | 一种具有高转化率的黑磷制备方法 | |
| CN104988658B (zh) | 一种SiC纳米纤维非织造材料的制备方法 | |
| CN102642867B (zh) | 一种纳米Ti4O7粉末的制备方法 | |
| CN109437203B (zh) | 一种高纯一维SiC纳米材料的制备方法 | |
| CN105565289A (zh) | 黑磷及磷烯的制备方法 | |
| CN101837976B (zh) | 一种以四氯化硅为硅源制备超长SiC纳米线的方法 | |
| CN107029694B (zh) | 一种掺杂碳材料及其制备方法 | |
| CN105932279B (zh) | 一种纳米棒状v3s4的制备方法及应用 | |
| CN101850972B (zh) | 一种碳化硅纳米线的制备方法 | |
| CN102381701A (zh) | 一种低成本宏量制备沥青基石墨烯材料的方法 | |
| CN109081350A (zh) | 一种低温熔融盐介质制备纳米硅的方法 | |
| 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 | |
| CN102491331A (zh) | 一种制备SiC纳米线和纳米带的方法 | |
| CN109336069B (zh) | 一种二碲化钼纳米线材料的制备及二碲化钼纳米线材料 | |
| CN102701207B (zh) | 一种制备Al掺杂的碳化硅纳米线的方法 | |
| CN100488873C (zh) | 一维SiC纳米线的制备方法 | |
| CN103043999A (zh) | 一种气相SiO2纳米微孔绝热材料 | |
| CN102897841A (zh) | 一种二硫化钨微米结构的制备方法 | |
| Cuiyan et al. | Synthesis and visible-light photocatalytic activity of SiC/SiO2 nanochain heterojunctions | |
| CN101870470A (zh) | 一种分级结构SiC纳米线的制备方法 |
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 |