CN103979968A - 一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法 - Google Patents

一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法 Download PDF

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一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，涉及一种微米陶瓷。在0.8g模板剂F127中加入0.032g热交联剂过氧化二异丙苯，再溶解在5ml二甲苯溶液中，搅拌后得混合液A；将0.8g的陶瓷先驱体聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，搅拌后得混合液B；将混合液A和B混合，搅拌后得混合液C；将混合液C倒在聚四氟乙烯盘上，在50℃的烘箱中保温,然后130℃交联后，得淡黄色透明薄膜，取出后脱膜，然后在惰性气氛中热解薄膜，在薄膜表面得SiCO微米陶瓷长方体。制备的SiCO微米陶瓷长方体的棱长为0.5～2μm，且稳定性好。在复合材料以及高温器件设计等领域应用。设备投资少，操作容易，工艺简单，重复性好。

Description

一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种微米陶瓷，尤其是涉及一种制备SiCO微米陶瓷长方体的方法。
背景技术
微纳级结构制备是当前应用领域的难点和热点。制备纳微级结构材料的方法有两种：一种是由上而下的方法，即尽力降低物质结构维数，如：机械研磨粉碎法以及非传统的光刻蚀技术；另外一种是自下而上的方法，如通过分子的自组装来构建纳米材料。其中基于嵌段共聚物自组装制备纳米材料的方法引起研究者的极大兴趣，这是因为嵌段共聚物可以自组装形成丰富的有序微结构，其自组装的动力学稳定性和结构稳定性均大于小分子表面活性剂。另外，自组装形成的规整微结构不仅能存在于溶液中，还可以在固体状态形成，这对成为真正具有实用意义的材料至关重要。
嵌段共聚物在有机高分子和电化学领域等已经得到广泛的研究及重视，中国专利CN101914191A公开一种多金属氧酸盐—聚合物杂化嵌段共聚物纳米管的制备方法。中国专利CN101244818公开一种以聚氨酯海绵为骨架支体，以非离子型表面活性剂为结构导向剂，以高分子前驱体为碳源，以无机硅源等为添加剂，经高温热聚和碳化，制备具有有序连续介孔孔道、高比表面积、大孔体积的介孔高分子、碳材料和复合材料。中国专利CN101059472公开一种水相中组装嵌段共聚物制备金纳米阵列电极的方法，通过在水相中组装聚四乙烯基吡啶-聚苯乙烯嵌段共聚物，利用阳离子胶束与带负电荷的金纳米粒子间的静电作用制备金纳米阵列电极。该制作方法快速简便，不引入有机溶剂，电极表面可以更新重复使用，降低了成本。虽然嵌段共聚物的自组装技术作为一种很有潜力的有序结构组装方法，然而将其应用在无机方面却还是一个较新的领域。中国专利CN103073297A公开一种制备过程简单，可以高效地制备SiCO纳米球的方法。而SiCO微米陶瓷十字架的制备还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备SiCO微米陶瓷长方体的方法。
本发明包括以下步骤：
1)在0.8g模板剂F127(PEO106-PPO70-PEO106，Mw＝12600g/mol)中加入0.032g热交联剂过氧化二异丙苯，再溶解在5ml二甲苯溶液中，搅拌后，得混合液A；
2)将0.8g的陶瓷先驱体聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，搅拌后，得混合液B；
3)将混合液A和混合液B混合，搅拌后，得混合液C；
4)将混合液C倒在聚四氟乙烯盘上，在50℃的烘箱中保温,然后130℃交联后，得淡黄色透明薄膜，取出后脱膜，然后在惰性气氛中热解薄膜，在薄膜表面得SiCO微米陶瓷长方体。
在步骤1)中，所述再溶解在5ml二甲苯溶液中后，最好用封口膜封口；所述搅拌的时间可为30～60min。
在步骤2)中，所述溶解在5ml乙醇中后，最好用封口膜封口；所述搅拌可采用磁力搅拌30～60min。
在步骤3)中，所述混合后最好用封口膜封口；所述搅拌的时间可为12～24h。
在步骤4)中，所述保温的时间可为24～72h；所述交联的时间可为40～70min；所述热解的程序可为：以1℃/min升至130℃保温2h，以0.5℃/min升至300℃保温1h，以0.5℃/min升至400℃保温4h，以0.5℃/min升至500℃并保温4h，最后自然冷却至室温。
本发明采用陶瓷先驱体聚乙烯基硅氮烷与模板剂F127(PEO106-PPO70-PEO106，Mw＝12600g/mol)在二甲苯与乙醇的混合溶剂中共混，经自组装后，在惰性气氛中热解制备SiCO微米陶瓷长方体。
本发明提供的制备SiCO微米陶瓷长方体的方法具有以下优点：
1)本发明制备的SiCO微米陶瓷长方体的棱长在0.5-2μm之间，且稳定性好。
2)本发明制备的SiCO微米陶瓷长方体在复合材料以及高温器件设计等领域有重要的应用价值。
3)本发明采用聚乙烯基硅氮烷与模板剂F127(PEO106-PPO70-PEO106，Mw＝12600g/mol)的共组装的方法制备SiCO微米陶瓷长方体，其最大优点是设备投资少，操作容易，工艺流程较简单，重复性好。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备的SiCO微米陶瓷长方体的SEM照片(标尺为1μm)。
图2是本发明实施例1所制备的SiCO微米陶瓷长方体的SEM照片(标尺为2μm)。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1：
将聚四氟乙烯盘用乙醇和丙酮进行清洗并超声处理，随后放入烘箱中烘干备用。称取0.8g的F127及0.032g的过氧化二异丙苯混合后溶于5ml的二甲苯的容器中并封口，搅拌30min获得混合液A。另一容器中加入0.8g的聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，并迅速封口，磁力搅拌30min，得混合液B。随后将两容器中的溶液混合并迅速封口，容器避免光线照射，持续搅拌时间12h，获得混合液C。将混合液C倒入50℃保温的聚四氟乙烯盘中保温24h，溶剂蒸发后获得透明薄膜。将薄膜放入130℃的烘箱中热交联50min，薄膜从无色透明变为淡黄色，取出脱膜。脱膜后，将薄膜放置在石墨纸上。随后，放入惰性气体保护的管式炉中烧结。
设置如下升温程序：从室温以1℃/min的升温速率升至130℃并保温2h，以0.5℃/min的升温速率升至300℃并保温1h，以0.5℃的升温速率升至400℃并保温4h，以0.5℃/min的升温速率升至500℃并保温4h，最后自然冷却至室温。取出石墨纸，获取黑色的薄膜样品，在其表面获得SiCO微米陶瓷长方体。如图1和2所示，可以清楚观察到SiCO微米陶瓷长方体。
实施例2：
将聚四氟乙烯盘用乙醇和丙酮进行清洗并超声处理，随后放入烘箱中烘干备用。称取0.8g的F127及0.032g的过氧化二异丙苯混合后溶于5ml的二甲苯的容器中并封口，搅拌30min获得混合液A。另一容器中加入0.8g的聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，并迅速封口，磁力搅拌30min，得混合液B。随后将两容器中的溶液混合并迅速封口，容器避免光线照射，持续搅拌时间18h，获得混合液C。将混合液C倒入50℃保温的聚四氟乙烯盘中保温36h，溶剂蒸发后获得透明薄膜。将薄膜放入130℃的烘箱中热交联50min，薄膜从无色透明变为淡黄色，取出脱膜。脱膜后，将薄膜放置在石墨纸上。随后，放入惰性气体保护的管式炉中烧结。
设置如下升温程序：从室温以1℃/min的升温速率升至130℃并保温2h，以0.5℃/min的升温速率升至300℃并保温1h，以0.5℃的升温速率升至400℃并保温4h，以0.5℃/min的升温速率升至500℃并保温4h，最后自然冷却至室温。取出石墨纸，获取黑色的薄膜样品，在其表面获得SiCO微米陶瓷长方体。
实施例3：
将聚四氟乙烯盘用乙醇和丙酮进行清洗并超声处理，随后放入烘箱中烘干备用。称取0.8g的F127及0.032g的过氧化二异丙苯混合后溶于5ml的二甲苯的容器中并封口，搅拌30min获得混合液A。另一容器中加入0.8g的聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，并迅速封口，磁力搅拌30min，得混合液B。随后将两容器中的溶液混合并迅速封口，容器避免光线照射，持续搅拌时间12h，获得混合液C。将混合液C倒入50℃保温的聚四氟乙烯盘中保温48h，溶剂蒸发后获得透明薄膜。将薄膜放入130℃的烘箱中热交联50min，薄膜从无色透明变为淡黄色，取出脱膜。脱膜后，将薄膜放置在石墨纸上。随后，放入惰性气体保护的管式炉中烧结。
设置如下升温程序：从室温以1℃/min的升温速率升至130℃并保温2h，以0.5℃/min的升温速率升至300℃并保温1h，以0.5℃的升温速率升至400℃并保温4h，以0.5℃/min的升温速率升至500℃并保温4h，最后自然冷却至室温。取出石墨纸，获取黑色的薄膜样品，在其表面获得SiCO微米陶瓷长方体。
实施例4：
将聚四氟乙烯盘用乙醇和丙酮进行清洗并超声处理，随后放入烘箱中烘干备用。称取0.8g的F127及0.032g的过氧化二异丙苯混合后溶于5ml的二甲苯的容器中并封口，搅拌30min获得混合液A。另一容器中加入0.8g的聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，并迅速封口，磁力搅拌30min，得混合液B。随后将两容器中的溶液混合并迅速封口，容器避免光线照射，持续搅拌时间12h，获得混合液C。将混合液C倒入50℃保温的聚四氟乙烯盘中保温60h，溶剂蒸发后获得透明薄膜。将薄膜放入130℃的烘箱中热交联50min，薄膜从无色透明变为淡黄色，取出脱膜。脱膜后，将薄膜放置在石墨纸上。随后，放入惰性气体保护的管式炉中烧结。
设置如下升温程序：从室温以1℃/min的升温速率升至130℃并保温2h，以0.5℃/min的升温速率升至300℃并保温1h，以0.5℃的升温速率升至400℃并保温4h，以0.5℃/min的升温速率升至500℃并保温4h，最后自然冷却至室温。取出石墨纸，获取黑色的薄膜样品，在其表面获得SiCO微米陶瓷长方体。
实施例5：
将聚四氟乙烯盘用乙醇和丙酮进行清洗并超声处理，随后放入烘箱中烘干备用。称取0.8g的F127及0.032g的过氧化二异丙苯混合后溶于5ml的二甲苯的容器中并封口，搅拌30min获得混合液A。另一容器中加入0.8g的聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，并迅速封口，磁力搅拌30min，得混合液B。随后将两容器中的溶液混合并迅速封口，容器避免光线照射，持续搅拌时间24h，获得混合液C。将混合液C倒入50℃保温的聚四氟乙烯盘中保温72h，溶剂蒸发后获得透明薄膜。将薄膜放入130℃的烘箱中热交联40min，薄膜从无色透明变为淡黄色，取出脱膜。脱膜后，将薄膜放置在石墨纸上。随后，放入惰性气体保护的管式炉中烧结。
设置如下升温程序：从室温以1℃/min的升温速率升至130℃并保温2h，以0.5℃/min的升温速率升至300℃并保温1h，以0.5℃的升温速率升至400℃并保温4h，以0.5℃/min的升温速率升至500℃并保温4h，最后自然冷却至室温。取出石墨纸，获取黑色的薄膜样品，在其表面获得SiCO微米陶瓷长方体。
实施例6：
将聚四氟乙烯盘用乙醇和丙酮进行清洗并超声处理，随后放入烘箱中烘干备用。称取0.8g的F127及0.032g的过氧化二异丙苯混合后溶于5ml的二甲苯的容器中并封口，搅拌30min获得混合液A。另一容器中加入0.8g的聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，并迅速封口，磁力搅拌30min，得混合液B。随后将两容器中的溶液混合并迅速封口，容器避免光线照射，持续搅拌时间18h，获得混合液C。将混合液C倒入50℃保温的聚四氟乙烯盘中保温24h，溶剂蒸发后获得透明薄膜。将薄膜放入130℃的烘箱中热交联60min，薄膜从无色透明变为淡黄色，取出脱膜。脱膜后，将薄膜放置在石墨纸上。随后，放入惰性气体保护的管式炉中烧结。
设置如下升温程序：从室温以1℃/min的升温速率升至130℃并保温2h，以0.5℃/min的升温速率升至300℃并保温1h，以0.5℃的升温速率升至400℃并保温4h，以0.5℃/min的升温速率升至500℃并保温4h，最后自然冷却至室温。取出石墨纸，获取黑色的薄膜样品，在其表面获得SiCO微米陶瓷长方体。
实施例7：
将聚四氟乙烯盘用乙醇和丙酮进行清洗并超声处理，随后放入烘箱中烘干备用。称取0.8g的F127及0.032g的过氧化二异丙苯混合后溶于5ml的二甲苯的容器中并封口，搅拌30min获得混合液A。另一容器中加入0.8g的聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，并迅速封口，磁力搅拌30min，得混合液B。随后将两容器中的溶液混合并迅速封口，容器避免光线照射，持续搅拌时间20h，获得混合液C。将混合液C倒入50℃保温的聚四氟乙烯盘中保温24h，溶剂蒸发后获得透明薄膜。将薄膜放入130℃的烘箱中热交联70min，薄膜从无色透明变为淡黄色，取出脱膜。脱膜后，将薄膜放置在石墨纸上。随后，放入惰性气体保护的管式炉中烧结。
设置如下升温程序：从室温以1℃/min的升温速率升至130℃并保温2h，以0.5℃/min的升温速率升至300℃并保温1h，以0.5℃的升温速率升至400℃并保温4h，以0.5℃/min的升温速率升至500℃并保温4h，最后自然冷却至室温。取出石墨纸，获取黑色的薄膜样品，在其表面获得SiCO微米陶瓷长方体。
本发明首先将陶瓷前驱体聚乙烯基硅氮烷溶解在乙醇溶液，同时将模板剂F127(PEO106-PPO70-PEO106，Mw＝12600g/mol)及热交联剂过氧化二异丙苯溶解在二甲苯溶液中，分别搅拌30～60min，再将两溶液混合，获得混合溶液，通过聚乙烯基硅氮烷与模板剂的共组装获得微米级长方体，随后进行溶剂蒸发、交联、脱模、高温烧结得到SiCO微米陶瓷长方体，棱长在0.5～2μm之间。该方法制备工艺简单，制备条件温和，可以高效地制备SiCO微米陶瓷长方体。

Claims (10)

1.一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在0.8g模板剂F127(PEO106-PPO70-PEO106，Mw＝12600g/mol)中加入0.032g热交联剂过氧化二异丙苯，再溶解在5ml二甲苯溶液中，搅拌后，得混合液A；
2)将0.8g的陶瓷先驱体聚乙烯基硅氮烷，溶解在5ml乙醇中，搅拌后，得混合液B；
3)将混合液A和混合液B混合，搅拌后，得混合液C；
4)将混合液C倒在聚四氟乙烯盘上，在50℃的烘箱中保温,然后130℃交联后，得淡黄色透明薄膜，取出后脱膜，然后在惰性气氛中热解薄膜，在薄膜表面得SiCO微米陶瓷长方体。
2.如权利要求1所述一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述再溶解在5ml二甲苯溶液中后，用封口膜封口。
3.如权利要求1所述一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述搅拌的时间为30～60min。
4.如权利要求1所述一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述溶解在5ml乙醇中后，用封口膜封口。
5.如权利要求1所述一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述搅拌采用磁力搅拌30～60min。
6.如权利要求1所述一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述混合后用封口膜封口。
7.如权利要求1所述一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述搅拌的时间为12～24h。
8.如权利要求1所述一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述保温的时间为24～72h。
9.如权利要求1所述一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述交联的时间为40～70min。
10.如权利要求1所述一种SiCO微米陶瓷长方体的制备方法，其特征在于在步骤4)中，所述热解的程序为：以1℃/min升至130℃保温2h，以0.5℃/min升至300℃保温1h，以0.5℃/min升至400℃保温4h，以0.5℃/min升至500℃并保温4h，最后自然冷却至室温。
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