阮景 1,2,3杨金山 1,2,*闫静怡 1,2,4游潇 1,2,4[ ... ]董绍明 1,2,5,*
1 1. 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2. 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 结构陶瓷及复合材料工程研究中心, 上海 201899
3 3. 上海科技大学 物质科学与技术学院, 上海 201210
4 4. 中国科学院大学, 北京 100039
5 5. 中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
碳化硅纳米线具有优异的电磁吸收性能, 三维网络结构可以更好地使电磁波在空间内被多次反射和吸收。通过抽滤的方法制备得到体积分数20%交错排列的碳化硅纳米线网络预制体。然后采用化学气相渗透工艺制备热解炭界面和碳化硅基体, 并通过化学气相渗透和前驱体浸渍热解工艺得到致密的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料。甲烷和三氯甲基硅烷分别是热解炭和碳化硅的前驱体, 随着热解碳质量分数从21.3%增加到29.5%, 多孔SiCNWs预制体电磁屏蔽效率均值在8~12 GHz (X)波段从9.2 dB增加到64.1 dB。质量增重13%的热解碳界面修饰的SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在X波段平均电磁屏蔽效率达到37.8 dB电磁屏蔽性能。结果显示, SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料在新一代**电磁屏蔽材料中具有潜在应用前景。
碳化硅纳米线 电磁屏蔽 陶瓷基复合材料 热解碳 SiC基体 SiC nanowire electromagnetic interference shielding ceramic matrix composite PyC deposition SiC matrix 阮景 1,2,3杨金山 1,2,*闫静怡 1,2,4游潇 1,2,4[ ... ]董绍明 1,2,5,*
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所 结构陶瓷及复合材料工程研究中心, 上海 201899
3 3.上海科技大学 物质学院, 上海 201210
4 4.中国科学院大学, 北京 100039
5 5.中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
构建多孔碳化硅纳米线(SiCNWs)网络并控制化学气相渗透(CVI)过程,可设计并获得轻质、高强度和低导热率SiC复合材料。首先将SiCNWs和聚乙烯醇(PVA)混合,制备具有最佳体积分数(15.6%)和均匀孔隙结构的SiCNWs网络;通过控制CVI参数获得具有小而均匀孔隙结构的SiCNWs增强多孔SiC(SiCNWs/SiC)陶瓷基复合材料。SiC基体形貌受沉积参数(如温度和反应气体浓度)的影响,从球状颗粒向六棱锥颗粒形状转变。SiCNWs/SiC陶瓷基复合材料的孔隙率为38.9%时,强度达到(194.3±21.3) MPa,导热系数为(1.9 ± 0.1) W/(m∙K),显示出增韧效果,并具有低导热系数。
SiC基复合材料 碳化硅纳米线 CVI参数 孔隙率 热导率 SiC ceramic matrix composite silicon carbide nanowire CVI parameter porosity thermal conductivity
1 山西工程技术学院-矿区生态修复与固废资源化省市共建山西省重点实验室培育基地，山西 阳泉 045000
2 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
3 河南科技大学物理工程学院，河南 洛阳 471003
4 河南科技大学高温材料研究院，河南 洛阳 471003
以膨胀石墨和硅粉为原料、Co(NO3)3·6H2O为催化剂前驱体，在流动Ar气中合成了3C-SiC纳米线。研究了反应温度、催化剂用量对合成3C-SiC粉体反应的影响。用第一性原理计算分析了Co纳米颗粒的催化机理，研究了3C-SiC纳米线的光致发光性能。结果表明：催化剂Co的引入降低了硅粉碳化反应生成SiC的开始反应温度和完全反应温度。催化剂Co的加入量为3% (质量分数)时，1 573 K保温3 h反应后合成的3C-SiC纳米线的直径为50～60 nm，长度约几十微米，其生长机理主要为气-固反应。Co纳米颗粒与反应物之间的吸附作用降低了C=C键、C-O键和Si-O键的结合，从而促进了SiC的成核与生长。激发波长为254 nm时，3C-SiC纳米线的室温光致发光谱的特征峰在307 nm，该纳米线在光电子纳米材料领域有良好的应用前景。
3C-碳化硅纳米线 光致发光 第一性原理计算 钴纳米颗粒催化剂 膨胀石墨 3C-silicon carbide nanowires optoelectronic property first-principles calculations cobalt-nanoparticle catalysts expanded graphite
武汉科技大学，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室，武汉 430081
SiC纳米线具有吸波性能强、作用频带宽、密度低的优点，但是由于SiC较差的阻抗匹配条件和较低的电导率，影响了其吸波性能的进一步提高。为了调节SiC的电子结构，改善其电磁性能，以硅微粉、活性炭、La2O3粉末为原料通过碳热还原法在1 600 ℃合成了La3+掺杂SiC纳米线。结果表明：掺杂La3+能够增大SiC纳米线的长径比和堆垛层错密度，增强其形成三维网状结构和界面极化的能力，其介电性能得到了提高。在2~18 GHz范围内，其介电实部由3.08~13.48(x=0)提升至3.33~19.75(x=1.0%)，介电虚部由3.45~6.98(x=0)提升至5.03~11.56(x=1.0%)。同时La3+掺杂提高了SiC纳米线的电导率，增强了其电导损耗。由于SiC纳米线界面极化和电导损耗的同时增强，掺杂2.0%的La3+的SiC纳米线在厚度为2.0 mm时达到了最小反射损耗(RL) -31.46 dB，有效吸收带宽(RL<-10 dB)为7.18 GHz。通过第一性原理计算研究了SiC纳米线及La3+掺杂SiC纳米线的电子结构，结果表明，La3+掺杂后SiC纳米线的带隙减小，验证了其导电性的增强。La3+掺杂能够在引入掺杂元素的同时增大SiC纳米线的堆垛层错密度，克服了掺杂元素时堆垛层错密度降低的现象，为合成高吸波特性SiC纳米线提供了思路。
碳化硅纳米线 镧离子掺杂 电磁波吸收 第一性原理 有效吸收带宽 silicon carbide nanowires lanthanum ion doping electromagnetic wave absorption first principles effective absorption bandwidth
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超精密微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
通过在碳化硅纤维表面原位生长纳米线得到具有多级增强结构的碳化硅复合材料, 对复合材料引入纳米线后的微观结构、弯曲强度以及损伤的变化过程进行了研究。研究结果表明, 相较于原始的碳化硅纤维增强碳化硅复合材料, 碳化硅纳米线可以明显提高基体沉积效率并改善材料的弯曲力学性能。从声发射技术和维氏硬度压痕测试结果可以看出, 纳米线通过抑制微裂纹的产生和在微裂纹之间发生桥联来抑制早期损伤的发展。此外, 在纳米线表面沉积一层氮化硼界面相, 纳米线与基体之间的结合力变弱, 复合材料对微裂纹的抑制和偏转得到进一步增强, 弯曲性能大幅提升。
多级复合材料 碳化硅纳米线 力学性能 声发射 hierarchical composites SiC nanowire mechanical properties acoustic emission
1 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室, 北京100084
2 太原理工大学材料科学与工程学院, 山西 太原030024
3 瑞士联邦材料科学与技术研究所, 瑞士 苏黎世
纳米线连接为高性能微纳器件的组装和应用提供了技术手段,但现有的连接方式对于能量输入的空间精度和外部环境要求较高,其工艺窗口较窄。为改善这一问题,以氧化石墨烯(GO)作为中间连接层的纳米线连接方式,通过干法转移制备了碳化硅(SiC)纳米线-氧化石墨烯(GO)薄膜-SiC纳米线的结构,并通过飞秒激光辐照还原氧化石墨烯,降低了SiC和GO之间的势垒,通过层内导电与层间导电的方式形成了更宽的载流子通道,从而显著提升了电流水平。此外生成的还原氧化石墨烯(rGO)纳米膜对SiC纳米线的接头形成了包裹与保护作用,从而使接头部分具有更好的抗辐照和热传导性能,提升了器件的稳定性与使用寿命。最后,利用飞秒激光还原GO薄膜实现了SiC纳米线网络的电性能提升,制备了具有良好响应度和较快响应速度的紫外光传感器及透明柔性导电薄膜等器件。
激光制造 飞秒激光 碳化硅纳米线 氧化石墨烯 微纳器件
国防科学技术大学 航天与材料工程学院, 长沙 410073
以聚碳硅烷为原料,通过1 200 ℃高温裂解工艺制备了碳化硅纳米线,并采用碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极材料, 进行了电子发射实验。结果表明：与天鹅绒阴极材料相比, 碳化硅纳米线具有更高的电子发射电流密度,在115 kV外加激励脉冲高压下,电子发射密度为23.7 kA/cm2,而天鹅绒材料为14.0 kA/cm2, 并具有更好的电子发射品质及更长的使用寿命。因此碳化硅纳米线作为高功率微波源用阴极,具有很好的应用潜力。
高功率微波 阴极材料 碳化硅纳米线 电子发射 high power microwave cathode materials silicon carbide nanowires electron emission 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2945
