一种SiC@SiO2同轴纳米电缆及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种SiC@SiO2同轴纳米电缆及其制备方法，所述SiC@SiO2同轴纳米电缆是一种“芯部为3C-SiC、外层为非晶态SiO2”的具有核壳结构的一维纳米材料，SiO2紧密包覆在芯部的SiC外面，其中界面处的结合为原子尺度的紧密结合。SiC@SiO2同轴纳米电缆的长度可以达到厘米量级，直径可以控制在10～1000nm，其中芯部SiC直径为2～1000nm，外壳SiO2层厚1～500nm。本发明专利技术解决了SiC纳米纤维表面容易被氧化、表面形貌和结构被破坏的问题，同时解决现有制备方法复杂、成本高、产品结构难以控制和难以规模化量产等问题，具有制备工艺简单、节能环保、易控制、成本低及产率高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种一维纳米材料及其制备方法。
技术介绍
SiCSiO2纳米电缆具有良好的机械性能和场发射性能，在对复合材料的增强增韧和制作场发射器件的应用方面有很大前景。同时，SiCSiO2同轴纳米电缆具有极好的光致发光性能，可以制成各种用途的光学元件。此外，SiCSiO2同轴纳米电缆还可以用于高温、高频、高功率、以及空间辐射等恶劣或极端环境中。所以，SiCSiO2同轴纳米电缆具有广阔的应用前景。目前，虽然关于SiCSiO2同轴纳米电缆的报道很多，但是现有的制备方法普遍存在工艺复杂、周期长、成本高，而且SiO2包覆层不均匀、厚度不可控，极大限制了SiCSiO2纳米电缆的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种SiCSiO2同轴纳米电缆及其制备方法，解决了SiC纳米纤维表面容易被氧化、表面形貌和结构被破坏的问题，同时解决现有制备方法复杂、成本高、产品结构难以控制和难以规模化量产等问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种SiCSiO2同轴纳米电缆，其是一种“芯部为3C-SiC、外层为非晶态SiO2”的具有核壳结构的一维纳米材料，SiO2紧密包覆在芯部的SiC外面，其中界面处的结合为原子尺度的紧密结合。SiCSiO2同轴纳米电缆，长度可以达到厘米量级，直径可以控制在10～1000nm（其中芯部SiC直径为2～1000nm，外壳SiO2层厚1～500nm）。一种上述SiCSiO2同轴纳米电缆的制备方法，包括如下步骤：一、SiC纳米纤维的制备：a、按C和Si摩尔比为2～6:1的比例将蔗糖加入硅溶胶中，搅拌3～5h得混合溶胶，然后将混合溶胶在70～150℃的温度下放置48～120h得干凝胶粉；b、将a步骤得到的干凝胶粉置于管式炉内，然后以200～400mL/min的速率通入惰性气体，然后再以5～15℃/s的升温速率加热到700～1000℃，保温0.5～2h，然后随炉冷却即得黑色的粉体；c、将b步骤得到的黑色粉体放入坩埚底部，然后置入气氛压力烧结炉中，抽真空使烧结内真空度低于1Pa，向气氛烧结炉内通入氩气至炉内气体静态压强为0.2～2.0MPa，然后气氛烧结炉以5～20℃/min的速率升温，升温到1400～1700℃，再保温烧结5～360min，随炉冷却至室温，即得SiC纳米纤维。二、将步骤一得到的SiC纳米纤维放置到管式烧结炉或可以气氛保护的加热装置中，通入氧气和氮气混合气流，控制氧气流量为5～500ml/min、氮气流量为5～1000ml/min，然后启动加热，由室温加热至700～1400℃，控制加热速率为5～20℃/min，保温时间为30～120min，即可得到SiCSiO2同轴纳米电缆。本专利技术具有如下优点：1、SiCSiO2同轴纳米电缆克服了常规SiC纳米纤维应用中容易氧化、难以长期保存等问题，有优良的均匀性，纯度高，物理化学稳定性高，有广阔的应用前景。2、制备工艺简单、节能环保、易控制、成本低及产率高。附图说明图1为典型的SiCSiO2同轴纳米电缆的TEM（透射电子显微镜）照片；图2为图1的局部放大照片；图3为图2中标记了“c”处的SAED选区电子衍射；图4为图2中标记了“d”处的SAED选区电子衍射；图5为本专利技术制备SiCSiO2同轴纳米电缆的示意图。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：本实施方式提供了一种SiCSiO2同轴纳米电缆，其是一种“芯部为3C-SiC、外层为非晶态SiO2”的具有核壳结构的一维纳米材料，SiO2紧密包覆在芯部的SiC外面，其中界面处的结合为原子尺度的紧密结合。SiCSiO2同轴纳米电缆的长度可以达到厘米量级，直径可以控制在10～1000nm，其中芯部SiC直径为2～1000nm，外壳SiO2层厚1～500nm。由图1可知，典型的SiCSiO2同轴纳米电缆的芯部为SiC纳米纤维、外部均匀的包覆层包围着，由图2-4可知，芯部为立方相3C-SiC，外面的包覆层为非晶层；由图5可知，通过热氧化来控制SiC纳米纤维的动态氧化过程反应生成一层紧紧包覆在SiC外表面的SiO2包覆层，只要通过温度、反应时间和氧气供给量，就可以实现对SiCSiO2同轴纳米电缆的可控制备。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，SiCSiO2同轴纳米电缆的长度可以控制在10um～12cm，直径10～1000nm，其中芯部SiC直径为2～1000nm，外壳SiO2层厚1～500nm。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，单根SiCSiO2同轴纳米电缆的长度达到5～40mm，直径为100～200nm，其中芯部SiC直径为2～198nm，外壳SiO2层厚2～99nm。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，单根SiCSiO2同轴纳米电缆长度达到40mm，直径为200nm，其中芯部SiC直径为100nm，外壳SiO2层厚50nm。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，单根SiCSiO2同轴纳米电缆长度达到5mm，直径为100nm，其中芯部SiC直径为60nm，外壳SiO2层厚20nm。具体实施方式六：本实施方式提供了一种SiCSiO2同轴纳米电缆的制备方法，具体步骤如下：一、SiC纳米纤维的制备：a、按C和Si摩尔比为2～6:1的比例将蔗糖加入硅溶胶中，搅拌3～5h得混合溶胶，然后将混合溶胶在70～150℃的温度下放置48～120h得干凝胶粉；b、将a步骤得到的干凝胶粉置于管式炉内，然后以200～400mL/min的速率通入惰性气体，然后再以5～15℃/s的升温速率加热到700～1000℃，保温0.5～2h，然后随炉冷却即得黑色的粉体；c、将b步骤得到的黑色粉体放入坩埚底部，然后置入气氛压力烧结炉中，抽真空使烧结内真空度低于1Pa，向气氛烧结炉内通入氩气至炉内气体静态压强为0.2～2.0MPa，然后气氛烧结炉以5～20℃/min的速率升温，升温到1400～1700℃，再保温烧结5～360min，随炉冷却至室温，即得SiC纳米纤维。二、将步骤一得到的SiC纳米纤维放置到管式烧结炉或可以气氛保护的加热装置中，通入氧气和氮气混合气流，控制氧气流量为5～500ml/min、氮气流量为5～1000ml/min，然后启动加热，由室温加热至700～1400℃，控制加热速率为5～20℃/min，保温时间为30～120min，即可得到SiCSiO2同轴纳米电缆。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是，步骤b中升温速率为5～10℃/min。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六～七不同的是，步骤c中加热温度为1500～1650℃。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC@SiO2同轴纳米电缆，其特征在于所述SiC@SiO2同轴纳米电缆是一种“芯部为3C‑SiC、外层为非晶态SiO2”的具有核壳结构的一维纳米材料，SiO2紧密包覆在芯部的SiC外面，其中界面处的结合为原子尺度的紧密结合。

【技术特征摘要】
1.一种SiCSiO2同轴纳米电缆，其特征在于所述SiCSiO2同轴纳米电缆是一种“芯部为3C-SiC、外层为非晶态SiO2”的具有核壳结构的一维纳米材料，SiO2紧密包覆在芯部的SiC外面，其中界面处的结合为原子尺度的紧密结合。
2.根据权利要求1所述的SiCSiO2同轴纳米电缆，其特征在于所述SiCSiO2同轴纳米电缆的长度达到厘米量级。
3.根据权利要求1所述的SiCSiO2同轴纳米电缆，其特征在于所述SiCSiO2同轴纳米电缆的直径控制在10～1000nm。
4.根据权利要求1所述的SiCSiO2同轴纳米电缆，其特征在于所述芯部3C-SiC直径为2～1000nm。
5.根据权利要求1所述的SiCSiO2同轴纳米电缆，其特征在于所述外壳SiO2层厚1～500nm。
6.一种权利要求1-5任一权利要求所述的SiCSiO2同轴纳米电缆的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下：
一、SiC纳米纤维的制备：
a、按C和Si摩尔比为2～6:1的比例将蔗糖加入硅溶胶中，搅拌3～5h得混合溶胶，然后将混合溶胶在70～150℃的温度下放置48～120h得干凝胶粉；
b、将a步骤得到的干凝胶粉置于管式炉内，然后通入惰性气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓东，杨路路，周宇航，侯思民，赵义，刘丁元，郭禹泽，赵培瑜，章泰锟，贾占林，黄小萧，温广武，
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