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纳米碳化硅材料
摘要：本文主要讨论的是关于纳米碳化硅材料的构造、性能及其应用，主要在其光学性质、力学性质等方面对其进展讨论。 关键词：纳米碳化硅 光学性质 力学性质 1. 引言
SiC纳米材料具有高的禁带宽度，高的临界击穿电场和热导率，小的介电常数和较高的电子饱和迁移率，以及抗辐射能力强，机械性能好等特性，成为制作高频、大功率、低能耗、耐高温和抗辐射器件的电子和光电子器件的理想材料。SiC 纳米线表现出的室温光致发光性，使其成为制造蓝光发光二极管和激光二极管的理想材料。近年来的研究说明：微米级SiC晶须已被应用于增强陶瓷基、金属基和聚合物基复合材料，这些复合材料均表现出良好的机械性能，可以想象用强度硬度更高及长径比更大的SiC 一维纳米材料作为复合材料的增强相，将会使其性能得到进一步增强。随着研究的深入，研究者还发现一维SiC纳米构造在储氢、光催化和传感等领域都有广泛的应用前景。
2. 纳米碳化硅构造
碳化硅〔SiC〕俗称金刚砂，又称碳硅石是一种典型的共价键结合的化合物，自然界几乎不存在。碳化硅晶格的根本构造单元是相互穿插的SiC4和CSi4四面体。四面体共边形成平面层，并以顶点与下一叠层四面体相连形成三维构造。SiC具有α和β两种晶型。β－SiC的晶体构造为立方晶系，Si和C分别组成面心立方晶格；α－SiC存在着4H、15R和6H等100余种多型体，其中，6H多型体为工业应用上最为普遍的一种。在SiC的多种型体之间存在着一定的热稳定性关系。在温度低于1600℃时，SiC以β－SiC形式存在。当高于1600℃时，β－SiC 缓慢转变成α－SiC的各种多型体。4H－SiC在2000℃左右容易生成；15R和6H多型体均需在2100℃以上的高温才易生成；对于6H－SiC，即使温度超过2200℃，
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也是非常稳定的。下面是三种SiC多形体构造图
3. 纳米碳化硅的力学性能及应用
利用纳米碳化硅填充改性聚合物已经非常的普遍，例如对PTFE复合材料的力学性能改性、改进环氧树脂的物理力学性质等。 纳米碳化硅改性PTFE复合材料的力学性能：
在XX农业大学路琴博士对纳米SiC改性PTFE复合材料的实验中，以原材料〔PTFE为白色粉末,平均粒径30Lm,XX化工厂生产。纳米SiC为浅褐色粉末状,平均粒径80 nm,纯度>99.1%,XX开尔纳米材料XX生产〕，然后将纳米SiC按质量分数3%、5%、7%、9%和PTFE粉料在高速混合机中混合10 min,用60目筛网过筛,然后将混合物倒入模具压缩腔内,置于压力机上在50 MPa压力下冷压成型。
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保压时间10 min,然后脱模得到PTFE及其复合材料预制品,再将预制品烧结成型得到5种PTFE复合材料。所得PTFE复合材料坯件外表光滑,无裂纹、无明显变形。采用裁样机制成尺寸为90 mm *8 mm *6 mm用于力学性能性能测试。 纳米SiC填充PTFE复合材料的硬度测试结果见图1。
可见,随着纳米SiC含量的增加,PTFE复合材料的硬度明显增大,当纳米SiC质量分数为7%时,PTFE复合材料的硬度为95HRB,比PTFE硬度(HRB65)提高46%,当纳米SiC含量大于7%后,硬度根本不变。这是因为纳米SiC颗粒的外表能和外表X力随粒径的减小急剧增大,它的硬度比基体材料的硬度要高得多;再加上纳米SiC颗粒均匀地分布在PTFE外表和基体中,充当了刚硬支撑点的作用,类似于“物理交联〞,结果使PTFE的硬度得到提高。
图2所示为不同含量的纳米SiC填充PTFE复合材料的拉伸强度测试结果。可以看出,纳米SiC的参加,使PTFE填充复合材料的拉伸强度有所降低,且当纳米SiC含量大于7%后,拉伸强度急剧下降。由试样的应力-应变曲线分析,PTFE试样拉伸是韧性断裂,而参加纳米SiC粒子后,随纳米SiC添加量的增加,复合材料拉伸断裂逐渐转变为脆性断裂。
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纳米碳化硅材料
