[发明专利]一种碳化硅纳米线宏观有序体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳化硅纳米线宏观有序体及其制备方法，所述碳化硅纳米线宏观有序体的制备方法包括：将碳化硅纳米线分散于溶剂中，再加入分散剂、粘结剂和增塑剂混合，得到碳化硅纳米线浆料；采用流延法将碳化硅纳米线浆料制成无序碳化硅纳米线薄膜；采取机械拉伸法处理无序碳化硅纳米线薄膜，得到所述碳化硅纳米线宏观有序体。

技术领域

本发明涉及一种碳化硅纳米线宏观有序体及其制备方法，属于纳米材料领域。

背景技术

自1991年碳纳米管的发现后，一维纳米材料的制备及应用引起了广泛的关注。一维纳米材料在电学、热学和磁学方面具有优异的性能，有望成为复合材料的纳米增强相，实现结构材料功能化。在此之中，碳化硅纳米线备受瞩目，其强度、模量与热学性能均优于碳化硅晶须及块体材料，作为增强相有望提高复合材料力学性能并增强热导性能。

然而，碳化硅纳米线在复合材料的实际增强效果并不理想，性能无法与理论计算相匹配。原因在于作为一维纳米材料，碳化硅纳米线性能具有各项异性。碳化硅纳米线在复合材料体系中随机分布，使得复合材料缺乏有效的力学传导及热传导，一维纳米材料应用性能大大降低。当碳化硅纳米线按照一定方向定向性排布时，材料的各项异性明显提高并呈现出较好的力学与热学性能。目前，有关碳化硅纳米线定向排布的研究还比较少。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低成本、操作简单的宏观有序碳化硅纳米线结构及其制备方法，以实现碳化硅纳米线宏观应用。

一方面，本发明提供了一种碳化硅纳米线宏观有序体的制备方法，包括：

将碳化硅纳米线分散于溶剂中，再加入分散剂、粘结剂和增塑剂混合，得到均匀分散的碳化硅纳米线浆料；

采用流延法将碳化硅纳米线浆料制成无序碳化硅纳米线薄膜；

采取机械拉伸法处理无序碳化硅纳米线薄膜，得到所述碳化硅纳米线宏观有序体。

本发明通过调控碳化硅纳米线与分散剂、粘结剂的比例，制备得到高体积分数的碳化硅纳米线薄膜。机械拉伸是实现碳化硅纳米线有序化排列的基础。在均匀的拉伸作用力下，碳化硅纳米线沿拉伸方向整齐排列。通过纳米材料在外力拉伸作用下，实现碳化硅纳米线有序化排列。具体来说，碳化硅纳米线由于大的长径比，易于沿拉伸方向有序化排列。在均匀的拉伸作用力下，碳化硅纳米线逐渐形成沿拉伸方向排列的趋势。随着拉伸比例的增加，有序化程度增加。

较佳地，所述碳化硅纳米线的直径为0.1～0.6μm，长径比大于100；优选地，所述碳化硅纳米线的直径为0.1～0.6μm，长度为100μm。采用上述碳化硅纳米线可制备出具有超高拉伸性的碳化硅纳米线薄膜，制备完毕后的碳化硅纳米线薄膜可以直接通过机械拉伸法进行定向化处理。

较佳地，所述溶剂为无水乙醇、去离子水、丙酮、甲醛中的至少一种。

较佳地，所述分散剂包含十二烷基磺酸钠、富马酸二甲酯、异丙醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺中的至少一种，所述分散剂与碳化硅纳米线的质量比为1:0.1～1:10。

较佳地，所述粘结剂为低密度聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚苯乙烯的至少一种，所述粘结剂与碳化硅纳米线的质量比为1:0.1～1:5。

较佳地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸酣中的至少一种，所述增塑剂与碳化硅纳米线的质量比为1:0.1～1:5。

较佳地，所述无序碳化硅纳米线薄膜的厚度至少为0.01mm，优选为0.10～1.00mm。

较佳地，采取机械拉伸法控制无序碳化硅纳米线薄膜的拉伸长度为原长度的10％～200％(即，拉伸延长率为10％～200％)，优选为100％～150％。