[发明专利]一种三维球形碳化硅纳米组装材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种三维球形碳化硅纳米组装材料及其制备方法和应用。所述三维球形碳化硅纳米组装材料，由尺寸为2‑10纳米的球形的碳化硅量子点组装得到的三维球形结构，所述三维球形碳化硅纳米组装材料的直径为50‑300纳米。本发明所得三维球形碳化硅纳米组装材料兼具量子点特性和介孔特性，便于和其他材料功能复合，有望在示踪、催化和储能等领域获得实际应用。

技术领域

本发明涉及一种三维球形碳化硅纳米组装材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种三维球形碳化硅纳米组装材料的流化床化学气相沉积制备方法，属于碳化硅纳米材料制备技术领域。

背景技术

具有半导体特性的碳化硅材料由于其优异的高温性能，抗氧化，耐腐蚀，广泛应用于高温，高频，高能及严苛服役环境下。纳米碳化硅材料由于尺寸效应，往往展现出相应块体材料所不具备的性能，尤其是当纳米碳化硅材料的晶粒尺寸低于10纳米(量子点)时，由于量子限域效应，会表现出独特的光致发光特性。

现有研究公开了一种碳化硅纳米颗粒的流化床化学气相沉积制备方法。所得碳化硅纳米颗粒为立方相碳化硅，颗粒形状为单分散球形，粒径分布窄，颗粒尺寸在5～300纳米可调。

本发明是对流化床化学气相沉积法制备碳化硅纳米颗粒作出的进一步研究，在制备化学计量比的碳化硅纳米颗粒的基础上拓展制备了碳化硅弥散分布在碳基体中的球形复合纳米颗粒，将球形复合纳米颗粒中的基体碳去除，得到碳化硅颗粒球形组装体，组装体的宏观尺寸在50-300纳米，其基本组装单元的尺寸低于10纳米，组装单元间有纳米空隙，组装整体具有介孔特性。这种新型碳化硅组装结构可应用于更多技术领域。

发明内容

本发明提出的一种三维球形碳化硅纳米组装材料，是利用流化床与化学气相沉积方法相结合，所得有序组装的三维球形碳化硅纳米组装材料兼具量子点特性和介孔特性，便于和其它材料功能复合，有望在示踪、催化和储能等领域获得实际应用。

一种三维球形碳化硅纳米组装材料，其由尺寸为2-10纳米的球形的碳化硅量子点组装得到的三维球形结构，所述三维球形碳化硅纳米组装材料的直径为50-300纳米。

本发明还提供一种三维球形碳化硅纳米组装材料的制备方法，包括：将由碳化硅与碳组成的球形复合纳米颗粒先于1100-1500℃进行热处理，再于550-620℃氧化游离碳，得到三维球形碳化硅纳米组装材料。

所述球形复合纳米颗粒中，碳化硅的质量比例为50％-90％，优选为60％-80％。

本发明先通过高温热处理将碳化硅弥散分布在碳基体中，再利用氧化处理将复合材料中的游离碳挥发，形成介孔结构，由此得到三维球形碳化硅纳米组装结构。

下面对本发明所述方法作进一步说明。

本发明所述三维球形碳化硅纳米组装材料的制备方法中，所述热处理气氛为氩气、氮气、氦气等。

所述热处理温度优选为1250-1450℃；热处理时间为1-4小时。

所述游离碳的氧化温度优选为580-600℃，氧化时间为2-10小时。

本发明所述三维球形碳化硅纳米组装材料的制备方法中，所述球形复合纳米颗粒由碳化硅与碳组成；在本发明中，优选采用如下方法制得：

在流化气体作用下，前驱体蒸汽(如六甲基二硅烷)与短链碳氢化合物气体在流化床中进行热解反应，得到碳化硅与碳的复合纳米颗粒。

其中，所述流化气体为氢气和/或氩气；流量为2-4L/min。

所述前驱体蒸汽是将六甲基二硅烷加热至40-110℃(优选70-80℃)而得到的。