[发明专利]碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料及其制备方法、应用

权利要求书

1.一种碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备可纺性的原材料混合溶液：

将聚合物溶于溶剂中，以第一搅拌速度搅拌第一搅拌时间至溶液均匀形成聚合物溶液；再按照催化剂、聚合物溶液和硅源的加料顺序或硅源、聚合物溶液和催化剂的加料顺序加入搅拌器中，以第二搅拌速度搅拌第二搅拌时间后静置，得到可纺性的原材料混合溶液；

（2）制备前驱体：将可纺性的混合溶液使用纺丝装置纺制成固态的微纳米纤维，将微纳米纤维进行堆积，得到碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料的前驱体；

（3）烧结前驱体：在密闭烧结炉壁上开设一通孔，使密闭烧结炉内部与大气相通，将前驱体放入密闭烧结炉中进行高温烧结，得到的白色或灰色微纳米纤维物质，为一次烧结产物；取出一次烧结产物，保留烧结炉内壁沉积的碳化物；

（4）循环n次烧结：重复步骤（1）和步骤（2），将步骤（2）得到的前驱体放入沉积有碳化物的密闭烧结炉中再次进行高温烧结，得到二次烧结产物，取出二次烧结产物；如此循环n次，每次烧结后，保留烧结炉内壁沉积的碳化物；最终得到的n+1次烧结产物为黑色微纳米纤维物质，即碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料；

其中，5≥n≥0；当n=0时，所述前驱体的体积与烧结炉内腔的体积比≥0.8:1；

所述聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚氧化乙烯PEO、聚乙二醇PEG、聚丙烯酰胺PAM、聚氨酯PU和聚乙烯醇PVA中的至少一种；所述聚合物溶液中聚合物与溶剂的质量比为2:98~20:80；

所述溶剂选自去离子水、无水乙醇、乙腈、丙酮和二甲基酰胺中的至少一种；

所述硅源选自硅酸四乙酯、硅酸乙酯32、硅酸乙酯40和硅酸钠中的至少一种；

所述催化剂选自磷酸、盐酸、柠檬酸、醋酸、尿素和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；

所述聚合物溶液、硅源和催化剂的质量比为1:0.15-0.8:0.0015-0.008；

所述第一搅拌速度为500-1000 rpm；所述第一搅拌时间为4-8小时；所述第二搅拌速度为700-1300 rpm；所述第二搅拌时间为1-2.5小时，所述静置时间为0-3小时；

所述烧结的过程为：从室温以2-5℃/min的升温速率升至800-1000℃，在800-1000℃环境中保持烧结1-2小时，然后以5-10℃的降温速率，从800-1000℃降至室温。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述通孔的孔径为1~5mm。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述纺丝装置为离心纺丝装置或气流纺丝装置，纺丝环境温度为0-35℃，环境相对湿度为20-65%RH。

4.一种碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料，其特征在于，按照权利要求1-3任一项所述的制备方法制备得到。

5.一种权利要求4所述的碳包覆二氧化硅微纳米纤维材料作为传感器、电催化材料或电池负极的应用。