一种裂解聚碳硅烷制备ΒSIC/SIOSUB2/SUB同轴纳米电缆的方法.pdf

1、10申请公布号CN104064288A43申请公布日20140924CN104064288A21申请号201410270868322申请日20140610H01B13/01620060171申请人青岛科技大学地址266061山东省青岛市崂山区松岭路99号青岛科技大学72发明人李镇江宋冠英孟阿兰孙莎莎54发明名称一种裂解聚碳硅烷制备SIC/SIO2同轴纳米电缆的方法57摘要本发明涉及一种SIC/SIO2同轴纳米电缆的制备方法。该方法以聚碳硅烷为单一原料，以硝酸镍乙醇溶液为催化剂，将聚碳硅烷粉体放在浸有催化剂的石墨基片上，并用碳布将其隔开，置于反应室内。随后将反应室放入真空可控气氛炉，通AR气，抽

2、真空，并以10/MIN的速率将炉温升到1200，保温2小时，聚碳硅烷裂解直接制得直径50NM80NM，长度达数十M的SIC/SIO2同轴纳米电缆。本发明所用原料单一，合成工艺简单，制得的同轴纳米电缆的表面光滑、形貌均一、纯度高且产量较大，为SIC/SIO2同轴纳米电缆在光电子、场发射等领域的实际应用奠定了良好的基础。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN104064288ACN104064288A1/1页21一种裂解法制备SIC/SIO2同轴纳米电缆，以聚碳硅烷为原料，NINO33为催化剂

3、，通过直接裂解聚碳硅烷制备出SIC/SIO2同轴纳米电缆，其特征在于唯一原料是分子量为10002000的固态聚碳硅烷，摩尔浓度为001MOL/L的NINO33乙醇溶液作催化剂，聚碳硅烷裂解是在真空可控气氛炉内进行，反应条件为真空度为5080PA，以10/MIN的升温速率升温至1200，保温2H。2根据权利要求1所述的SIC/SIO2同轴纳米电缆的制备方法，其特征在于反应原料和带有催化剂的石墨基片在石墨反应室内的放置位置为聚碳硅烷粉体放在上方，石墨基片放在聚碳硅烷粉体的下方，并用两层碳布将聚碳硅烷粉体与石墨基片隔开。权利要求书CN104064288A1/3页3一种裂解聚碳硅烷制备SIC/SIO2

4、同轴纳米电缆的方法技术领域0001本发明涉及同轴纳米电缆的制备方法领域，具体涉及一种裂解聚碳硅烷直接制备SIC/SIO2同轴纳米电缆的方法。背景技术0002同轴纳米电缆COAXIALNANOCABLE是准一维纳米材料的一个重要分支，其芯部是导体或半导体的纳米线，外面包覆着异质的纳米材料导体、半导体或绝缘体，外部壳体和芯部纳米线共轴。相对于组成电缆的单一材料，同轴纳米电缆在光学、电学、力学、催化和生物等方面会显示出更加独特的性能。近年来，纳米电缆的研究进展非常迅速，不同种类物质的纳米电缆先后被制备出来，如GAAS/GAPGUDIKSENMS，LAUHONLJ，WANGJ，SMITHDC，LIEB

5、ERCMNATURE4152002617，HPAS/TIO2/SIO2BAIB，ZHAOJL，FENGXMATERLETT5720033914，SIC/CCHENXQ，CANTRELLDR，KOHLHAASK，ETALCHEMMATER182006753，AG/SIO2XUK，WANGJX，KANGXL，CHENJFMATERLETT63200931，ZNO/CDTEWANGXN，ZHUHJ，WANGH，ETALACSNANO42010，3302，ZNO/ZNXCDLXSEXUJ，YANGX，WANGHK，ETALNANOLETT112011，4138。0003被称为第三代宽带隙半导体材料的S

6、IC，具有很多优良的性能。如具有高的临界击穿电场、电子饱和迁移率和热导率、小的介电常数及高的抗辐射能力等特性，成为制作频率高、功率大、能耗低以及耐高温和抗辐射器件的理想材料。一维SIC纳米材料，除具有块体材料所具有的优异性能外，在光催化、光电子器件和场发射显示等方面已显示了巨大的应用价值。但是为使SIC一维纳米材料能真正实现器件化的应用，还需进一步提高其性能。研究发现，以半导体SIC为核，以绝缘体SIO2为壳的SIC/SIO2同轴纳米电缆结构，可以改善和提高SIC一维纳米材料的发光效率和场发射性能RYUY，TAKY，YONGKDIRECTGROWTHOFCORESHELLSICSIO2NANO

7、WIRESANDELDEMISSIONCHARACTERISTICSNANOTECHNOLOGY2005，16，S370S374，这为SIC一维纳米材料在光电子、场发射等领域的实际应用奠定了良好的基础，因此SIC/SIO2同轴纳米电缆成为近年来各国科技工作者关注的焦点。0004到目前为止，对SIC/SIO2同轴纳米电缆的研究内容主要集中在合成方法和物理性能的探索上。LIU等用电弧放电法合成了SIC/SIOX同轴纳米电缆，并研究了其光致发光性能LIUXM，YAOKFLARGESCALESYNTHESISANDPHOTOLUMINESCENCEPROPERTIESOFSIC/SIOXNANOCAB

8、LESNANOTECHNOLOGY，2005，16，29322935。WU等人采用碳热还原法，以硅和活性炭为原料，1350反应8H，制备了形貌较直的核壳结构SIC/SIO2纳米线状产物，但产物中还有类珍珠链状、交叉状、网状等其他形貌产物WURB，ZHABL，WANGLY，ETALCORESHELLSIC/SIO2HETEROSTRUCTURESINNANOWIRESPHYSSTATUSSOLIDIA，2012，2093，553558。本课题组采用化学气相沉积法，以SI粉和SIO2粉为原料，12001300反应10MIN20MIN，制备出了非晶SIO2包覆SIC同轴纳米电缆中国发明专利，申请号C

9、N03134329。李贺军等人用化学气相沉积法，以氢气为载气将反应气源甲基三氯硅烷说明书CN104064288A2/3页4带入已升温至10501300的立式气相沉积炉内，沉积10MIN120MIN，得到SIC/SIO2同轴纳米电缆中国发明专利，申请号2012102430560。CAI等人采用催化裂解法，以二甲基硅氧烷为原料，二茂铁为催化剂，将原料与催化剂混合后放入反应室，以氩气为保护气体，将炉温升至1050，反应2小时，得到SIC/SIO2同轴纳米电缆CAIKF，LEIQ，ZHANGLCULTRALONGSIC/SIO2CORESHELLNANOCABLESFROMORGANICPRECURS

10、ORNANOSCIENCEANDNANOTECHNOLOGY，20055，19251928。0005虽然已有一些关于SIC/SIO2同轴纳米电缆合成方法的报到，但这些方法中仍存在着一些不足，例如所用原料种类较多，工艺比较复杂且不易控制，合成出的产物纯度不高，产物形貌不匀一。因此，开发一种原料单一，工艺简单易行，产物纯度高、产量高的SIC/SIO2同轴纳米电缆的制备方法，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。发明内容0006本发明提出了一种仅用单一原料，采用直接裂解法制备SIC/SIO2同轴纳米电缆的新方法。0007本发明的技术方案是以聚碳硅烷为原料，摩尔浓度为001MOL/L的NINO33乙醇溶

11、液为催化剂，反应温度为1200，保温2H，聚碳硅烷直接裂解得到SIC/SIO2同轴纳米电缆。其步骤如下0008步骤1对原料进行研磨处理0009为使反应更加容易、充分的进行，取一定量的固态聚碳硅烷原料，置于玛瑙研钵中研磨3040MIN，得到聚碳硅烷粉体；0010步骤2对石墨基片进行浸渍催化剂处理0011将石墨基片于超声波清洗机中清洗烘干，浸入预先配制的摩尔浓度为001MOL/L的NINO33乙醇溶液中，超声震荡5分钟后取出，自然晾干；0012步骤3将原料和基片放于真空可控气氛炉内0013将研磨得到的聚碳硅烷粉体放置在两层碳布上，再将其放置在浸有催化剂的石墨基片上，然后将其置于石墨反应室内，最后将

12、石墨反应室放入真空可控气氛炉内；0014步骤4将真空可控气氛炉抽真空0015启动机械泵，抽真空至炉内压力为5080PA，将高纯AR气通入真空炉并使炉内压力接近常压，再抽真空至5080PA，此过程重复三次，以尽可能排除炉内包括氧气在内的杂质气体；0016步骤5将真空可控气氛炉加热升温0017以10/MIN的升温速率将炉温升至1200，保温2H，即制得SIC/SIO2同轴纳米电缆。0018本发明采用裂解聚碳硅烷的方法直接制得SIC/SIO2同轴纳米电缆，本发明的方法具有原料单一、合成工艺简单、得到的同轴纳米电缆密度高、直径均匀和纯度高等优点。附图说明0019下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明

13、。说明书CN104064288A3/3页50020图1为实施例1所得SIC/SIO2同轴纳米电缆的SEM照片。0021图2为实施例1所得SIC/SIO2同轴纳米电缆的TEM照片。0022图3为实施例1所得SIC/SIO2同轴纳米电缆的XRD图片。0023图4为实施例1所得SIC/SIO2同轴纳米电缆的IR谱图。具体实施方式0024以下实例可以更好的理解本发明，但本发明不局限于以下实例。0025实施例10026选用国防科技大学研制的分子量为10002000的聚碳硅烷为原料，称取3G固体聚碳硅烷放入玛瑙研钵中研磨3040MIN，得到聚碳硅烷粉体；选用直径为7CM，厚度为1MM且表面光洁的圆形石墨片

14、作为反应基片，将石墨基片在超产波清洗机中清洗烘干后，浸入到预先配制的摩尔浓度为001MOL的NINO33乙醇溶液中，5MIN后取出，于空气中晾干；将研磨得到的聚碳硅烷粉体放置在碳布上，将其放置在浸有催化剂的石墨基片上，置于石墨反应室内，然后将石墨反应室放入真空可控气氛炉内；启动真空系统，对真空可控气氛炉进行抽真空至5080PA，将高纯氩气通入真空炉并使炉内压力接近常压，再次启动机械泵，抽取真空，此过程重复三次，使炉内压力保持在5080PA；以10/MIN的升温速率将炉温升至1200，保温2H，然后关掉电源使炉温自然冷却至室温，在基片上得到较厚的一层蓝色产物，即为SIC/SIO2同轴纳米电缆。产物的SEM、TEM、XRD和IR表征结果见图1、图2、图3和图4。结果表明，制得的SIC/SIO2同轴纳米电缆纯净、均匀，有明显的核壳双层径向异质结构，内芯直径为3050NM，电缆外径为5080NM，长度为几十个M；制得的同轴纳米电缆内核为具有立方闪锌矿结构的SIC晶体，外壳为非晶SIO2。说明书CN104064288A1/1页6图1图2图3图4说明书附图CN104064288A