本发明专利技术公开了一种基于空气热氧化对SiC纳米线进行表面改性的方法与应用，所述方法为：将SiC纳米线放置到空气烧结炉或可以直接在空气中加热的装置中，直接在空气气氛中加热，由室温加热至700～1400℃，控制加热速率为5～20℃/min，保温时间为5～120min，即可得到表面改性后的SiC纳米线。表面改性后的SiC纳米线为核壳结构的一维纳米材料，芯部为SiC，外层为SiO2，SiO2紧密包覆在SiC外面形成致密的包覆层，界面处的结合为原子尺度的紧密结合，外部的SiO2包覆层厚度可以控制为2nm~500nm。本发明专利技术解决了现有碳化硅纳米线在使用过程中的活性低、难分散、易氧化、界面结合差等问题，具有制备工艺简单、节能环保、易控制、成本低、产率高的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种一维纳米材料的表面改性方法与应用。
技术介绍
SiC纳米线，既具有优异力学性能，又具有非常优异的光电性能，在航天航空、半导体器件、生物医药等领域都拥有广泛的应用前景。然而，SiC与大多数金属、陶瓷和高分子材料都存在着较为严重的界面不相容性，导致基体与SiC增强体之间的结合力不强，降低了SiC增强复合材料的力学性能，而且随着SiC含量的增多这种对性能的影响会加剧。SiC纳米线，已经被研究了二十多年，但尚未能得到实际应用。制约其应用的主要原因之一就是SiC纳米线的表面问题。与普通的SiC材料一样，SiC纳米线在复合材料时普遍存在难以分散、润湿性差、界面结合差等问题，往往无法有效发挥增强增韧的作用，甚至还会导致复合材料力学性能大幅下降。此外，SiC纳米线在高温条件下使用，容易被空气中的氧气氧化，降低碳化硅材料固有的耐高温特性。因此，若能将SiC表面改性，在SiC表面形成一层与SiC纳米线紧密结合的致密的S12保护层，那将会有效解决纳米线的表面界面和抗氧化问题，为SiC纳米线在复合材料、高温环境及作为功能材料等领域的应用提供进一步的可能。所以，对SiC纳米进行表面改性，是解决其应用瓶颈问题的突破口和有效办法，也是促进SiC纳米线实际应用的关键科学技术，具有重要的科学价值和实用价值。但是，有关SiC纳米的表面改性工作尚未见报道。
技术实现思路
为了解决现有碳化硅纳米线在使用过程中的表面活性低、界面结合差、难分散、易氧化等问题，本专利技术提供了。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的: 一种基于空气热氧化对SiC纳米线进行表面改性的方法，包括如下步骤: 将SiC纳米线放置到空气烧结炉或可以直接在空气中加热的装置中，直接在空气气氛中加热，由室温加热至700?1400°C，控制加热速率为5?20°C/min，保温时间为5?120min，即可得到表面改性后的SiC纳米线，其为核壳结构的一维纳米材料，芯部为SiC，外层为Si02，S12紧密包覆在SiC外面形成致密的包覆层，其中S12包覆层为非晶态，界面处的结合为原子尺度的紧密结合，根据改性前SiC纳米线的直径尺度，外部的S12包覆层厚度可以控制为2nm?500nm。本专利技术中的表面改性的SiC纳米线”可以但并不限于如下应用:(1)易于分散、与基体材料形成良好的界面结合，可以广泛用作金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料的增强体，具有更好的增强增韧效果。(2)生物医用材料的支架、载体和联接材料。(3)光电纳米元器件，纳米场发射晶体管、激光器。(4)在高温、高频、高功率和辐照等恶劣或极端工作环境下使用。根据SiC+202=Si02+C02的化学反应方程式可知，SiC纳米线在设定温度下可以与O2发生反应，本专利技术通过控制温度和气氛条件，让O2分子将SiC纳米线表面的SiC分子“一层一层”(Layer by Layer)氧化--生成致密的Si02。因为Si02是因纳米线上SiC分子中的C由O原子取代(替换)而产生，所以只要通过控制反应温度和氧气供给量即可在SiC纳米线外表形成一层致密的Si02保护层(一维纳米SiC@Si02核壳结构材料)，从而实现对SiC纳米线的表面改性。同时，只要简单的操作，控制温度和反应时间，就能实现对S12外壳层的控制。本专利技术具有如下优点: 1、本专利技术可以在SiC纳米线表面形成一层致密的S12防护层，改性后的SiC纳米线具有优良的表面均匀性、界面结合效果优异，在航空航天、增强复合材料、生物医用、半导体器件以及抗氧化防腐蚀等领域拥有广阔的应用前景。2、本专利技术具有制备工艺简单、节能环保、易控制、成本低、产率高的优点。【附图说明】图1是未经处理的原始SiC纳米线的TEM(透射电子显微镜)照片及其SAED(选区电子衍射)分析； 图2是未经处理的原始SiC纳米线的HRTEM(高分辨透射电子显微镜)照片； 图3是SiC纳米线表面改性处理后典型的TEM(透射电镜)照片。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。【具体实施方式】一:本实施方式提供的对SiC纳米进行表面改性方法是通过以下步骤实现的: 将SiC纳米线放置到烧结炉或可以直接在空气条件下加热的装置中，由室温加热至700?14000C，控制加热速率为5?200C/min，保温时间为5?120min，即可得到表面改性后的SiC纳米线。经过表面改性后的SiC纳米线为核壳结构的一维纳米材料，芯部为SiC、外层为Si02，S12紧密包覆在SiC外面形成致密的包覆层，其中S12包覆层为非晶态，界面处的结合为原子尺度的紧密结合。根据改性前SiC纳米线的直径尺度，外部的S12包覆层厚度可以控制为2nm?500nm。由图1可知，碳化硅纳米线平直光滑，物相为立方碳化硅，S卩3C_SiC，图2进一步验证了SiC纳米线物相为立方碳化硅，S卩3C-SiC;图3表明经过表面改性处理后的纳米线形成了 “核壳结构”，即让内部的SiC纳米线包覆了一层非晶态的保护层。【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是，S12层厚度为10?200nmo【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一、二不同的是，S12层厚度为10?10nm0【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一?三不同的是，加热温度为800?1200°C，加热速率为5?10°C/min，保温时间为30?60min。【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一?四不同的是，加热温度为800?1200 °C，保温时间为30min。【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一?五不同的是，以10°C/min的升温速率加热到900?1150 °C，保温30min。【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一?六不同的是，以10°C/min的升温速率加热到1000?1050°C。【具体实施方式】八:本实施方式提供的基于空气热氧化对SiC纳米线进行表面改性的方法是通过以下步骤实现的: 将SiC纳米线放置到空气烧结炉中，直接在空气气氛中加热，由室温加热至10000C，控制加热速率为10°C/min，保温时间为20min，即可得到表面改性后的SiC纳米线。经过表面改性后的SiC纳米线为核壳结构的一维纳米材料，芯部为SiC、外层为Si02，S12紧密包覆在SiC外面形成致密的包覆层，其中界面处的结合为原子尺度的紧密结合，外部的S12包覆层厚度可以控制为50nmo【主权项】1.一种基于空气热氧化对SiC纳米线进行表面改性的方法，其特征在于所述方法步骤如下: 将SiC纳米线放置到空气烧结炉或可以直接在空气中加热的装置中，直接在空气气氛中加热，由室温加热至700?1400°C，控制加热速率为5?20°C/min，保温时间为5?120min，即可得到表面改性后的SiC纳米线。2.根据权利要求1所述的基于空气热氧化对SiC纳米线进行表面改性的方法，其特征在于所述表面改性后的SiC纳米线为核壳结构的一维纳米材料，芯部为SiC，外层为S12, S12紧密包覆在SiC外面形成致密的包本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于空气热氧化对SiC纳米线进行表面改性的方法，其特征在于所述方法步骤如下：将SiC纳米线放置到空气烧结炉或可以直接在空气中加热的装置中，直接在空气气氛中加热，由室温加热至700～1400℃，控制加热速率为5～20℃/min，保温时间为5～120min，即可得到表面改性后的SiC纳米线。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓东，杨路路，周宇航，闫旭，侯思民，赵义，黄小萧，温广武，刘文会，刘璐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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