先驱体聚合物粘结法制备SiC纳米多孔陶瓷

采用SiC纳米粉体与聚碳硅烷(PCS)为原料低压成型低温烧结制备SiC纳米多孔陶瓷,研究了PCS含量对烧成纳米多孔陶瓷性能的影响。SEM和AFM微观形貌分析表明,PCS裂解产物将SiC纳米颗粒粘结起来,烧成陶瓷内部有大量的纳米孔存在。烧成SiC纳米多孔陶瓷孔径分布呈单峰分布、孔径分布范围窄,随着PCS含量的增大烧成多孔陶瓷强度增大,但孔隙率降低、烧结过程中坯体尺寸线收缩率增大。PCS含量为20wt%时三点弯折强度为36.8MPa,孔隙率为39.5%,平均孔径为49.3 nm。     

高硼含量的SiC陶瓷先驱体的合成和表征

采用经典硼氢化反应, 通过硼烷二级硫醚(BH₃·SMe₂)与二甲基二乙烯基硅烷(DVS)反应, 合成了聚硼碳硅烷(PBCS)陶瓷先驱体, PBCS在氮气中经高温裂解得到了高硼含量的SiC陶瓷.利用红外光谱、核磁共振波谱和热重分析对聚合物的结构和性能进行了表征; 利用元素分析、X射线衍射和扫描电子显微镜对聚合物的裂解产物进行了分析.结果表明, 聚合物的结构中含有B—C, Si—C和C—H键, 在1000℃氮气气氛中, 其陶瓷产率在50%以上.陶瓷产物在1100℃以无定形态存在, 硼含量高达6.46%, 在1300℃时出现明显结晶, 形成B₂O₃, C和β-SiC三相组成的多元复相陶瓷, 在1500℃以下陶瓷产物表面光滑, 结构致密.     

强度增强泡沫炭的制备、结构与性能

本文采用石油系中间相沥青为原料,通过发泡、炭化和石墨化制备了沥青基泡沫炭,用聚碳硅烷（PCS）浸渍-裂解（PIP）工艺增强泡沫炭的机械强度。采用扫描电子显微镜（SEM）分析其微观结构, X射线衍射（XRD）分析确认PCS的裂解产物为β-SiC。经过三次PIP工艺,压缩强度测试表明泡沫炭的压缩强度随PIP次数的增加而显著提高。     

磁性碳化硅陶瓷先驱体聚铁碳硅烷的研究

通过低分子量的聚硅烷与二茂铁反应合成了聚铁碳硅烷(PFCS).探索了反应温度、裂解温度、二茂铁含量等因素对合成PFCS的影响.元素分析、红外光谱、氢谱分析表明,铁被引入到PFCS中,PFCS与聚碳硅烷的结构相似.高温裂解聚铁碳硅烷所得碳化硅陶瓷具有一定的磁性.     

耐超高温SiC(Al)纤维先驱体——聚铝碳硅烷纤维的研究

以聚硅碳硅烷(PSCS)与乙酰丙酮铝(Al(AcAc)3)为原料,在常压高温条件下反应制备出聚铝碳硅烷(PACS),经过熔融纺丝制备了PACS纤维.应用GPC、IR、XPS、29Si-NMR、27Al-NMR、TG、SEM、元素分析和增重等一系列分析,分别对PACS纤维的微观组成、结构以及性能进行了分析.研究结果表明,以原料质量配比为6∶100(Al(AcAc)3∶PSCS)合成的PACS化学式为SiC2.0H7.5O0.13Al0.018,数均分子量为1700左右,最适宜制备PACS纤维;PACS纤维中主要存在SiC4、SiC3H等结构,同时存在Si—O—Al键;在氮气气氛中,PACS纤维的陶瓷产率达到52%左右;预氧化处理,PACS纤维中Si—H键与空气中的氧反应形成Si—O—Si交联结构,较聚碳硅烷(PCS)纤维易于氧化,经过预氧化的PACS纤维陶瓷产率达到80%左右,是制备耐超高温SiC(Al)陶瓷纤维的合适纤维;用预氧化PACS纤维制备的SiC(OAl)纤维和SiC(Al)纤维抗拉强度高,耐高温性能好.     

聚碳硅烷的高温高压生成机理研究

分别以聚二甲基硅烷(PDMS)、液态聚硅烷(LPS)及PDMS裂解剩余物(LPCS)为原料,在不同的温度下高压合成聚碳硅烷(PCS),采用红外、紫外、核磁共振、分子量及其分布等分析PCS的组成、结构随温度的变化.同时,采用改变减压蒸馏温度的办法,对PCS进行分级,收集在不同蒸馏温度下的馏分,通过对一系列馏分进行了IR分析,以此推测PCS的转化过程.研究表明,PCS的生成过程是随着温度的升高,PDMS、LPS中键能较低的Si—Si键断裂,逐渐转变成为键能较高的Si—C键,转化为低分子的碳硅烷;随着温度的升高,碳硅烷分子间发生脱氢、脱甲烷缩合反应使产物的分子量逐渐长大,生成PCS.     

聚吡咯/Gd-掺杂铜锌铁氧体复合物的制备及电/磁性能

用溶胶-凝胶法和溶液原位聚合法分别制备了Gd-掺杂纳米级Zn_0.6Cu_0.4Fe_2－xGd_xO₄ (x＝0～0.10)铁氧体粉末和聚吡咯/Zn_0.6Cu_0.4Fe_1.96Gd_0.04O₄纳米复合物. 用现代分析技术表征了样品的结构、形貌和电磁性能. 结果表明Gd-掺杂铁氧体的饱和磁化强度随Gd含量的增加而增大; 复合物的电导率和饱和磁化强度与聚吡咯的含量有关, 当聚吡咯的含量从w＝50%增加到w＝80%, 复合物的电导率从0.0139增加到0.0423 S/cm, 而饱和磁化强度则从18.37减小到14.35 emu/g. 在8～18 GHz频段内, 吸收层厚度为2 mm时, PPy在16 GHz附近的反射损耗峰值为－19.68 dB, 有效带宽为6.2 GHz; 而ZCGFO的反射损耗峰值和有效带宽分别为－16.6 dB和5.16 GHz. 和PPy和ZCGFO相比, PPy/ZCGFO复合物有更低的反射损耗和更大的有效带宽, ZCGFO相对含量为20%的PPy/ZCGFO复合物的反射峰值和有效带宽分别达到－20.90 dB和14.05 GHz. 这些结果说明PPy/ZCCFO复合物适合作为电磁波吸收与屏蔽的候选材料.     

稀土掺杂法制备β-SiC粉体的研究

实验以SiO_2和活性炭为原料,La2O3为催化剂,通过碳热还原反应合成了β-SiC。利用TG-DSC曲线,SEM和XRD图谱揭示了La合成β-SiC的作用机制以及La对物相组成、粒度、合成温度与合成所需要的热激活能的影响,探索了La在合成β-SiC反应过程中所起的作用。研究表明:La可以减小晶格常数,晶格收缩,增加晶格空位或缺陷,从而降低β-SiC的合成温度和激活能;当合成温度1500℃和保温时间120 min时,质量分数为0.5%La合成的SiC粉体的团聚现象比0.3%La的更严重;La含量≥0.3%时,SiO_2与C反应全部转变为SiC。     

ZrB2/SiC前驱体的制备、表征及裂解行为

以聚锆氧烷为锆源,聚硼硅氮烷兼作硼源、硅源和碳源,通过共混得到ZrB2/SiC液相前驱体,该前驱体经高温裂解得到ZrB2/SiC复相陶瓷.对ZrB2/SiC前驱体的裂解行为、陶瓷产物结构及微观形貌进行了表征.结果表明,ZrB2/SiC前驱体经1400℃裂解后保持无定形状态,1500℃处理后析出t-ZrO2晶体,1600℃时体系发生碳热还原反应生成ZrC,同时析出SiC晶体,1700℃时生成ZrB2,最终陶瓷产物晶相组成为ZrB2/SiC.在1500~2000℃范围内,随着处理温度的升高,陶瓷由致密结构变为多孔结构,最终陶瓷产物由尺寸为100~300 nm的纳米颗粒堆积而成,各元素分布均匀.     

碳化硅衍生碳的制备及其超级电容性能

以聚碳硅烷（PCS）为原料,通过不同温度高温热解制备碳化硅（SiC）前驱体,将得到的碳化硅前驱体在1 000℃条件下采用氯气刻蚀,成功制备了碳化硅衍生碳（SiC-CDCs）。采用X-射线衍射光谱（XRD）、拉曼光谱（Raman）、透射电子显微镜（TEM）和N₂吸附-脱附法等表征方法,研究了热解温度对SiC前驱体及SiC-CDCs的物相、形貌、孔结构和分布的影响;并将制备的材料作为超级电容器的电极材料,测试了其电化学性能。结果表明：采用氯气刻蚀聚碳硅烷热解生成的SiC,可以得到具有较高比表面积和亚纳米孔（<1 nm）的SiC-CDCs;SiC-CDCs用作超级电容器的电极材料,具有较高的比电容且在不同的电流密度下均表现出良好的电容性能。     

聚碳硅烷热解SiC陶瓷结构与微波吸收性能

以聚碳硅烷(PCS)为原料,通过800-1200℃热解制备了PCS-SiC陶瓷,采用SEM、XRD与拉曼光谱对样品形貌、晶相及自由碳结构进行了表征。测量了样品直流电导率,并用矩形波导法测试了试样在8.2-12.4 GHz(X波段)频率范围的复介电常数,根据传输线理论计算出不同厚度材料的反射损耗。结果表明,随着热解温度的升高,样品电导率升高,同时复介电常数实部与虚部增加,吸波性能得到改善。PCS-SiC陶瓷中自由碳石墨化是引起极化能力及电导损耗提高的原因。     

Fe-Ni/C复合纳米纤维的原位制备与微波吸收性能

采用静电纺丝技术结合稳定化和碳化处理原位制备了Fe-Ni/C复合纳米纤维, 其平均直径约为215 nm, 所生成的Fe-Ni合金纳米颗粒较均匀地分布在碳基纳米纤维的内部和表面, 且被石墨化碳层所包覆. 以Fe-Ni/C复合纳米纤维为吸收剂、 硅橡胶为基质制备成吸波涂层, 研究了碳化温度对电磁特性和微波吸收性能的影响. 结果表明, 涂层厚度为1.2~2.0 mm、 Fe-Ni/C复合纳米纤维质量分数为5%的吸波涂层表现出优良的微波吸收性能, 在7.4~18 GHz频率范围内的反射损耗均低于-20 dB; 随着复合纳米纤维的碳化温度由800 ℃升高到1200 ℃, 由于阻抗匹配特性的改善, 吸波涂层的微波吸收能力逐步加强, 其最小反射损耗由-22.6 dB降低到-63.0 dB.     

配位-氧化聚合-水热法制备聚苯胺/CoFe_2O_4纳米复合物及其微波吸收性能

采用"配位-氧化聚合-水热法"制备了本征态聚苯胺/CoFe2O4二元纳米复合物,再以磺基水杨酸掺杂获得聚苯胺/CoFe2O4电磁复合物.考察了反应物配比及掺杂酸浓度对产物电磁性能的影响.通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)及电磁测量等手段对聚苯胺/CoFe2O4的形貌、结构及性能进行了表征.结果表明,复合物呈现多级结构,其中CoFe2O4为立方体状,平均粒径小于20 nm.当CoFe2O4的质量分数为8.86%时,复合物的电导率约为0.43 S/cm;当聚苯胺/CoFe2O4复合物厚度为2 mm时,在16.01 GHz处最大反射损耗为-16.71 dB,小于-10 dB的带宽达4.68 GHz;而当聚苯胺/CoFe2O4复合物厚度为3.2 mm时,在9.23 GHz处最大反射损耗达-51.81 dB,小于-10 dB的带宽为3.69 GHz,表明具有良好的吸波性能.     

醚化β-环糊精的制备及其混合膜对二甲苯异构体的选择性

采用WilliamSon合成法使氯化苄(PhCH2Cl)与β-环糊精(β-CD)进行醚化反应.红外光谱表明,所得产物为醚化β-CD.根据元素分析结果,计算出各反应的取代度和转化率.系统地考察了反应条件对转化率和取代度的影响.此外,考察了醚化β-CD与聚乙烯醇缩丁醛(PVB)共混膜对含10%对二甲苯的对/间二甲苯混合液的渗透气化性能的影响.结果显示,30℃时,共混膜的分离因子α可达1.16,而对二甲苯PX的渗透通量J高达70.57g/(m2·h).     

微氧化烧结制备掺杂Y2O3的SiC陶瓷及含镉模拟废水处理

采用了微氧化烧结制备了不同Y₂O₃质量分数（0%、2%、4%、6%）的多孔SiC陶瓷，通过对陶瓷的晶体结构、微观形貌、物理性能和Cd²⁺的去除率测试发现：添加了Y₂O₃的SiC陶瓷出现了较多的第二相Y₂SiO₇、Y₅Si₃C_0.5，随着Y₂O₃的质量分数增加逐渐升高，主相的衍射峰的强度有降低。扫描电子显微镜测试发现，SiC陶瓷的尺寸在2.5 μm，Y₂O₃引入后，SiC陶瓷的晶粒尺寸降低，高温烧结时液相的含量增加，熔体粘度降低，晶粒结合更加紧密，Y₂O₃的引入提高了多孔陶瓷的体积密度，Y₂O₃质量分数为6%SiC的体积密度最大为2.21 g/cm³。热导率随着Y₂O₃质量分数的增加呈现出先升高后降低的趋势。金属Cd²⁺的过滤测试表明：随着Y₂O₃质量分数增加，Cd²⁺的残留质量浓度、膜通量和去除率先降低后升高，当掺杂质量分数为4%时，Cd²⁺残留质量浓度最低为0.042 mg/L，膜通量达到了最大值572 L/（m²·h），去除率最大为99.95%，相比未掺质量分数杂体系的去除率提高了0.14%。随着溶液pH值的逐渐增大，金属Cd²⁺的残留质量浓度逐渐降低、去除率逐渐升高，pH≥9时最终均趋于稳定。综合来看，多孔SiC陶瓷的助烧剂Y₂O₃最佳掺量为4%。     

Controlled Synthesis of β-SiC Nanopowders with Variable Stoichiometry Using Inductively Coupled Plasma

In the growing field of nanomaterials, SiC nanoparticles arouse interest for numerous applications. The inductively coupled plasma (ICP) technique allows obtaining large amount of SiC nanopowders from cheap coarse SiC powders. In this paper, the effects on the SiC structure of the process pressure, the plasma gas composition, and the precursor nature are addressed. The powders were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman and fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM) and high resolution electron microscopy (HREM), chemical analyses, BET and photon correlation spectroscopy (PCS) measurements. Whatever the precursor (α- or β-SiC), the nanoparticles were crystallised in the cubic β-SiC phase, with average sizes in the 20–40 nm range. Few residual grains of precursor were observed, and the decarburization due to the reductive Ar–H₂ plasma lead to the appearance of Si nanograins. The stoichiometry of the final product was found to be controllable by the process pressure and the addition of methane.     

液相渗硅法制备多孔Si/SiC生物形态陶瓷

榉木经高温热解转化为碳模板,通过液相渗硅反应（LSIP）,在1550℃,1.5h渗硅,1700℃排硅制备了保持木材微观结构的多孔Si/SiC陶瓷。利用X-射线衍射分析（XRD）, 扫描电子显微镜（SEM）,压汞技术对样品的物相构成、显微结构和孔径分布进行了分析,利用阿基米德法和三点弯曲法测定了多孔陶瓷的显气孔率、密度和弯曲强度。结果表明,最终产物由主晶相β-SiC和少量的Si组成;控制高温排硅时间可以得到孔隙率为16％~32％的多孔Si/SiC陶瓷,可调控其产物的相组成和力学性能。对LSIP工艺的反应机理进行了探讨。     

聚铝硅烷与聚碳硅烷共混先驱体制备SiC(Al)纤维

采用聚铝碳硅烷和聚碳硅烷共混制备含铝碳化硅的先驱体,并与直接合成得到的聚铝碳硅烷进行了比较.元素分析表明,共混法能够有效控制聚铝碳硅烷中的铝含量,且共混聚铝碳硅烷先驱体Si—H键含量更高.流变性能研究表明,共混获得的聚铝碳硅烷先驱体黏流活化能从255kJ/mol降至200kJ/mol,先驱体的可纺性提高,所以原纤维的平均直径从19μm降至12μm.预氧化后聚铝碳硅烷原纤维经1800℃一步烧成可得到致密的SiC(Al)纤维;XRD研究表明,纤维中的铝起到抑制碳化硅晶粒长大的作用.