【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米，具体为一种采用焦耳加热快速制备超长sic纳米线的方法。
技术介绍
1、碳化硅(sic)纳米线因其优异的机械、热学和电学性能，近年来在高性能材料领域备受关注。与传统的sic颗粒或sic晶须相比，sic纳米线展现出极为出色的力学性能，其弯曲强度可达55-gpa，延伸率高达200％。这些特性使sic纳米线作为金属基复合材料增强体，成为研究热点。特别是超长sic纳米线，凭借其高长径比、优异的热稳定性、耐腐蚀性和良好的导电性能，展现出广阔的应用前景。在结构材料中，超长sic纳米线能够显著增强复合材料的强度和刚度。根据剪切滞后模型，具有高长径比的纳米线能够更有效地传递载荷，进一步提升复合材料的力学性能。在功能材料领域，sic纳米线的长径比对其光致发光、吸波和防热性能有显著影响。较高的长径比不仅增强了量子限制效应，提高了光致发光效率，还通过电磁波多重散射及协同的介电损耗与导电损耗机制，显著提升了吸波性能。此外，较高的长度优化了热传导路径，降低了界面热阻，使材料在高温环境中具备更好的散热和热稳定性。因此，超长sic纳米线在光电子器件、电磁屏蔽以及高温防护材料等多功能应用中展现出巨大的潜力。
2、尽管超长sic纳米线具备诸多优越性能，现有的制备技术仍面临诸多挑战。常用的制备方法包括化学气相沉积(cvd)、激光烧蚀和碳热还原等。这些方法存在一些共性缺陷：1)设备复杂：如cvd和激光烧蚀法需要昂贵且复杂的设备，增加了生产成本；2)能耗较高：许多方法需要在高温或高压条件下进行，导致能耗大且不利于环保；3)长度限制：现有方
3、因此，开发一种高效、低成本且能够快速制备超长sic纳米线的新方法至关重要，这不仅有助于克服现有技术的局限性，还将推动超长sic纳米线在复合材料及其他高性能领域的广泛应用。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有超长sic纳米线合成过程中存在的设备复杂、能耗高、制备周期长等技术难题，提供一种采用焦耳加热技术的快速、简便制备超长sic纳米线的方法。本专利技术通过利用焦耳加热法的加热均匀、操作简便及低能耗等优点，在无需添加任何催化剂的条件下，实现了超长sic纳米线的快速制备。该方法不仅大幅缩短了制备时间，简化了工艺流程，还显著降低了能耗，具备广泛的应用前景。
2、一种采用焦耳加热快速制备超长sic纳米线的方法，具体包括以下步骤：
3、1)原料预处理：将硅源与碳源按一定摩尔比放置于高能球磨机中，在大气环境下混合均匀，然后将蒸馏水加入至混合粉体中，调节混合物至一定湿度，以得到具有适当湿度的混合粉体；
4、2)抽真空并充入保护气体：将上述具有适当湿度的混合粉体放置于碳载体容器内，并将该容器置于焦耳热装置的样品架上，对反应腔体进行抽真空处理，直至压力降至低于5pa，后向腔体内充入气体达到一定压强；
5、3)加热并保温：快速升温至所需温度，并在该温度范围内保温一段时间；
6、4)冷却与取样：待其冷却至室温后，在碳载体上得到所述的超长sic纳米线。
7、作为一种优选方案，所述步骤1)中硅源为工业硅粉、高纯硅粉、微硅粉中的至少一种，平均直径为0.1～2μm。
8、作为一种优选方案，所述步骤1)中碳源为石墨、炭黑、木炭中的至少一种，平均直径为0.1～2μm。
9、作为一种优选方案，所述步骤1)中硅源与碳源摩尔比为1：(0.2～0.5)。
10、作为一种优选方案，所述步骤1)中调节混合物的湿度至含水率5～30wt％。
11、作为一种优选方案，所述步骤2)中碳载体为石墨纸、高纯石墨、碳泡沫、碳海绵中的至少一种。
12、作为一种优选方案，所述步骤2)中向腔体内充入气体，使压强为103～105pa。
13、作为一种优选方案，所述步骤3)中升温速率为1～5s。
14、作为一种优选方案，所述步骤3)中快速升温至1100～1500℃。
15、作为一种优选方案，所述步骤3)中保温时长为5～60min。
16、本专利技术与现有技术相比的优点在于：利用焦耳加热法的优点，包括加热均匀、操作简便和低能耗，在无催化剂条件下实现超长sic纳米线的快速制备。通过对原材料进行湿化处理，水与碳的反应生成更多的co气体，同时快速升温使得co与sio气体的生成几乎同步，从而为sic的持续生长提供了稳定的co和sio气体供应，促进了sic纳米线的超长生长。本专利技术所得sic纳米线直径＜300nm，长径比远高于100：1。
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1.一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方法，其特征在于：所述步骤1)中硅源为工业硅粉、高纯硅粉、微硅粉中的至少一种，平均直径为0.1～2μm。
3.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方法，其特征在于：所述步骤1)中碳源为石墨、炭黑、木炭中的至少一种，平均直径为0.1～2μm。
4.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方法，其特征在于：所述步骤1)中硅源与碳源摩尔比为1：(0.2～0.5)。
5.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方法，其特征在于：所述步骤1)中调节混合物的湿度至含水率5～30wt％。
6.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方法，其特征在于：所述步骤2)中碳载体为石墨纸、高纯石墨、碳泡沫、碳海绵中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方
8.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方法，其特征在于：所述步骤3)中升温速率为1～5s。
9.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方法，其特征在于：所述步骤3)中快速升温至1100～1500℃。
10.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长SiC纳米线的方法，其特征在于：所述步骤3)中保温时长为5～60min。
...【技术特征摘要】
1.一种采用焦耳加热快速制备超长sic纳米线的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长sic纳米线的方法，其特征在于：所述步骤1)中硅源为工业硅粉、高纯硅粉、微硅粉中的至少一种，平均直径为0.1～2μm。
3.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长sic纳米线的方法，其特征在于：所述步骤1)中碳源为石墨、炭黑、木炭中的至少一种，平均直径为0.1～2μm。
4.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长sic纳米线的方法，其特征在于：所述步骤1)中硅源与碳源摩尔比为1：(0.2～0.5)。
5.根据权利要求1所述的一种采用焦耳加热快速制备超长sic纳米线的方法，其特征在于：所述步骤1)中调节混合物的湿度至含水率5～30wt％...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵旗旗，薛威，杨森，滕振，王沛，李涛，付艳芹，韩丽媛，任宣儒，张雨雷，
申请(专利权)人：河南省科学院碳基复合材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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