[发明专利]一种有序无序SiC纳米线/晶须结构体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种有序无序SiC纳米线/晶须结构体及其制备方法，所述有序无序碳化硅纳米线/晶须结构体的制备方法包括：（1）选用增材制造方式，实现一维碳化硅纳米线/晶须定向有序排列，得到有序结构体；（2）通过催化原位生长方式，在所得有序结构体上实现非定向无序碳化硅纳米线/晶须结构的生长，得到所述有序无序碳化硅纳米线/晶须结构体。

技术领域

本发明涉及一种有序无序结构体及其制备方法和应用，具体涉及一种有序无序碳化硅纳米线/晶须结构体及其制备方法和应用，属于纳米材料领域。

背景技术

碳化硅纳米线/晶须具有高的长径比、大的比表面积和优良的力学、热学、电学性能，被广泛用作增强体来强化聚合物、陶瓷、金属材料的强度和断裂韧性，或者利用其功能特性(如热学、电学性能)以实现结构功能的一体化。

但目前在材料中，一般以无序随机分布的方式引入碳化硅纳米线/晶须。例如，专利1(中国公开号CN110218958A)公开了一种低温制备碳化硅纳米线增强钛基复合材料的方法。碳化硅纳米线/晶须的无序随机分布限制了一维纳米材料结构的性能优势，其对材料性能的提升作用有限。研究表明一维纳米材料强韧机制与晶须的方位角相关，通过对一维纳米材料排列的调控，例如有序结构和有序无序协同结构，可以进一步发挥其性能优势来提高材料性能。目前对一维纳米材料排列的调控主要集中在使其产生有序定向排列，通过挤出成型、磁电场定向、流延/拉伸、和增材制造技术实现一维纳米材料的定向排列，专利2(中国公开号CN108910888A)公开了一种利用拉伸的方式制备宏观有序碳化硅纳米线薄膜的方法。专利3(中国公开号为CN109291428A)公开了一种利用3D打印技术定向排列陶瓷纳米线BaTiO₃的方法。专利4(中国公开号为CN109627008A)公开了一种具有叠层复合结构材料的制备方法，在碳化硅纤维布和碳化硅泡沫内生长SiC晶须，而关于碳化硅纳米线/晶须的有序无序协同一维纳米排列结构，目前尚无报道。

发明内容

为此，本发明提供了一种有序无序碳化硅纳米线/晶须结构体的制备方法，包括：

(1)选用增材制造方式，实现一维碳化硅纳米线/晶须定向有序排列，得到有序结构体；

(2)通过催化原位生长方式，在所得有序结构体上实现非定向无序碳化硅纳米线/晶须结构的生长，得到所述有序无序碳化硅纳米线/晶须结构体。

较佳的，所述一维碳化硅纳米线/晶须选自碳化硅纳米线、碳化硅晶须中的至少一种。

又，较佳的，所述碳化硅纳米线的直径为5～100nm，长径比＞10；所述碳化硅晶须的直径为0.1～2μm，长径比＞10。

较佳的，所述增材制造方式为基于浆料挤出方式，优选直接墨水打印(DirectionInk Writing/Printing，DIW/DIP)、熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling,FDM)或挤压型自动注浆成型(Robocasting)方式。

又，较佳的，所述基于浆料挤出方式所用浆料的体系为水凝胶体系、光敏树脂体系、高分子树脂、或石蜡；优选地。将所得有序结构体在在空气气氛中、300～800℃下进行排胶处理。

较佳的，通过控制打印束的间距，以制备得到具有多孔网格结构或实心结构的有序结构体。

较佳的，所述催化原位生长方式包括：在碳化硅纳米线/晶须有序结构体的表面加载过渡金属催化剂，然后以三氯甲基硅烷为原料、在1000～1200℃下利用化学气相沉积，在有序结构体上原位生长非定向无序碳化硅纳米线/晶须；所述过渡金属催化剂选自铁、钴、镍、铁盐、钴盐、镍盐中的至少一种。

较佳的，在原位生长非定向无序碳化硅纳米线/晶之前，先以三氯甲基硅烷为原料，在1000～1200℃下，在有序结构体中沉积SiC层。