[发明专利]一种纤维状氮化钛/氮化硅/氮化碳复合纳米材料的应用

说明书

本发明提供了一种纤维状氮化钛/氮化硅/氮化碳复合纳米材料在燃料电池、光敏太阳能电池和超级电容器中的应用，其中，所述复合纳米材料首先通过静电纺丝方法得到氮化钛/氮化硅复合纳米材料，然后再加入碳氮源，通过简单焙烧即制得氮化钛/氮化硅/氮化碳复合纳米材料，本发明材料具有十分优异的综合性能，材料呈现均匀的纤维状，纤维的直径为几十个纳米，长度为1‑2 um，孔体积为0.33～0.44cm³/g，比表面积高达163.2～183.0m²/g，维氏硬度HV20.1‑22.5Gpa，抗弯强度953‑980Mpa，断裂韧性9.6‑10.5Mpa·m^½，相对密度98.9%，电导率为6～9S/cm，是一种前景十分广阔的纳米复合材料。

本申请是分案申请，原申请的申请号为201610661818.7，申请日为2016年8月13日，发明名称为“一种纤维状氮化钛/氮化硅/氮化碳复合纳米材料及其制备方法”。

技术领域

本发明属于无机纳米材料技术领域，具体涉及一种纤维状氮化钛/氮化硅/氮化碳复合纳米材料的应用。

背景技术

对纳米材料的研究是当今科学研究中一个前沿领域，也是全世界许多科学工作者研究的热点。纳米材料的神奇之处和还不为人们所识的方面更是引起了人们的广泛关注；对纳米材料进行制备的研究和应用更是目前的热点和难点，也是发展高科技的重点。

氮化钛是一种用途广泛的超硬材料，理想化学计量比的块体TiN属于立方晶系，呈金黄色，且具有金属光泽，密度为5.22g/cm³,熔点29～30℃，显微硬度约为21GPa，弹性模量约为590GPa,线膨胀系数为9.35 ×10^-6/℃ (20～1000/℃)，导热率为19.3W/(m·K)(20℃)，电阻率为25.0µΩ·cm，不溶于水、酸，微溶于热王水与氢氟酸混合液。因其具有高强度、高硬度、耐高温、耐酸性侵蚀、耐磨损以及良好的导电性、导热性等一系列优点，在机械加工刀具、刃具、各种材料成型模具和耐磨部件的耐磨涂层以及各种金属部件都有广泛的应用。

纳米氮化硅是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损；除氢氟酸外，它不与其它无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到l000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。具体到物理性能方面，氮化硅材料具有硬度高、耐磨损、弹性模量大、强度高、耐高温、热膨胀系数小、导热系数大、抗热震性好、密度低、表面摩擦系数小、电绝缘性能好等特点；而化学性能方面，它还有耐腐蚀、抗氧化等优点。在电子封装中，硅酮加氮化硅薄膜的双层防护可以显著改善电子模块的防水性能。氮化硅作为一种钝化和绝缘薄膜材料，广泛应用于半导体器件和半导体集成电路。但是其本身介电常数较高，阻碍了其在封装领域绝缘材料的应用。

氮化碳是一类有机半导体光催化材料，氮化碳被认为是室温下稳定的有机聚合物半导体材料。类石墨氮化碳的基本结构单位是由CN的sp2杂化组成嗪环（C6N7），环与环之间通过末端的N原子链接，形成了π共轭平面，因此，这种特殊化学结构使它成为禁带宽度为2.67eV的窄带隙半导体材料，载流子复合速率较高，具有稳定的化学性质、易制备，并且无毒、在可见光范围响应等优点，使它在光催化、电子、光学、生物等很多领域具有广阔的应用前景。

目前，虽然现有技术中氮化钛、氮化硅、氮化碳材料的报道较多，它们虽然具有良好的导电性和机械稳定性，但是其综合性能还是不够理想，还有待进一步提高；因此开发具有优良综合性能的复合纳米材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合性能优异的三元复合纳米材料，具体涉及一种纤维状氮化钛/氮化硅/氮化碳复合纳米材料的应用。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种纤维状氮化钛/氮化硅/氮化碳复合纳米材料在燃料电池、光敏太阳能电池和超级电容器中的应用，其中：