[发明专利]杂化碳纳米纤维及其制备方法

权利要求书

1.含有Si、B和N元素中至少两种的杂化碳纳米纤维。

2.根据权利要求1所述的纤维，其特征在于：所述元素在所述杂化碳纳米纤维中均匀分布；

所述杂化碳纳米纤维的直径为100-200nm；

所述Si在所述杂化碳纳米纤维中的质量百分含量为1-20％，优选3-15％；

所述B在所述杂化碳纳米纤维中的质量百分含量为0.5-20％，优选1-15％；

所述N在所述杂化碳纳米纤维中的质量百分含量为1-20％，优选3-15％。

3.一种制备权利要求1或2任一所述杂化碳纳米纤维的方法，包括如下步骤：将杂化的聚丙烯腈纤维原丝依次进行不熔化和碳化，得到所述杂化碳纳米纤维。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述不熔化步骤的条件为：从室温以1～3℃/min升温速度升到200～300℃，保温1～2h；

所述碳化步骤的条件为：由所述不熔化步骤的终温以3～4℃/min升温速度升到800～900℃，保温2h，然后以4℃/min的速度降温到室温。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述不熔化和碳化步骤均在惰性气氛中进行；所述惰性气氛具体为氮气气氛。

6.根据权利要求3-5任一所述的方法，其特征在于：所述杂化的聚丙烯腈纤维原丝按照包括如下步骤的方法制备而得：将聚丙烯腈和陶瓷前驱体，溶于有机溶剂中混匀得到电纺液后电纺，得到所述杂化的聚丙烯腈纤维原丝。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述聚丙烯腈的重均分子量为100000～300000；

所述陶瓷前驱体选自SiBCN前驱体和BN前驱体中的至少一种；

所述有机溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、氯仿和二氯甲烷中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述SiBCN前驱体的数均分子量为500～3000，所述BN前驱体的数均分子量为100～1000。

9.根据权利要求6-8任一所述的方法，其特征在于：所述聚丙烯腈和陶瓷前驱体的质量比为100∶5～100∶30；

所述电纺步骤中，外加电压为5～30kv，电纺液流量为5～10×10^-3mL/min，接收距离为5～30cm。