SiC-石墨烯纳米复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102600775A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102600775A(43)申请公布日2012.07.25(21)申请号201210067750.1(22)申请日2012.03.15(71)申请人中国人民解放军国防科学技术大学地址410073湖南省长沙市砚瓦池正街47号中国人民解放军国防科学技术大学一院CFC重点实验室(72)发明人余金山周新贵高世涛殷刘彦李斌张长瑞(74)专利代理机构湖南兆弘专利事务所43008代理人赵洪杨斌(51)Int.Cl.B01J13/02(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图55页(54)发明名称SiC-石墨烯纳米复合材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种SiC-石墨烯纳米复合材料及其制备方法，SiC-石墨烯纳米复合材料为外壳包覆内核的核壳型结构，内核为SiC纳米颗粒，外壳为石墨烯组成的纳米石墨。其制备方法包括步骤：（1）先驱体裂解：在化学气相沉积炉中、惰性气体气氛下，将聚合物先驱体加热裂解形成SiC纳米颗粒；（2）化学气相沉积：继续加热使SiC纳米颗粒表面硅原子升华逸出，残余的碳原子重组形成石墨烯碎片，石墨烯碎片通过沉积长大得到SiC-石墨烯纳米复合材料。本发明的SiC-石墨烯纳米复合材料具有优异的物理、化学性质和力学性能，且制备工艺简单、成本低廉、应用范围广。CN102675ACN102600775A权利要求书1/1页1.一种SiC-石墨烯纳米复合材料，其特征在于，所述SiC-石墨烯纳米复合材料为外壳包覆内核的核壳型结构，所述内核为SiC纳米颗粒，所述外壳为石墨烯组成的纳米石墨。2.根据权利要求1所述的SiC-石墨烯纳米复合材料，其特征在于，所述纳米石墨中石墨烯为8层～15层，且沿所述SiC纳米颗粒的径向生长。3.根据权利要求1或2所述的SiC-石墨烯纳米复合材料，其特征在于，所述SiC-石墨烯纳米复合材料为直径100nm～300nm且表面呈羽毛状的球状颗粒。4.一种如权利要求1～3中任一项所述的SiC-石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）先驱体裂解：在化学气相沉积炉中、惰性气体气氛下，将聚合物先驱体以5℃/s～10℃/s的增温速度加热至800℃～1200℃，加热过程中保持惰性气体流量为30sccm～50sccm，到温后保温10分钟～50分钟，加热裂解后形成SiC纳米颗粒；（2）化学气相沉积：继续加热将温度升至1300℃～1500℃，惰性气体流量减小至5sccm～10sccm，到温后保温10分钟～60分钟；最后在惰性气体气氛下冷却至室温，冷却过程保持惰性气体流量为5sccm～10sccm，得到SiC-石墨烯纳米复合材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物先驱体为聚碳硅烷。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述聚碳硅烷分子式为：[SiH(CH3)CH2]n，分子量为2000，软化点为180℃～220℃。7.根据权利要求4或5或6所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为高纯氮气。2CN102600775A说明书1/4页SiC-石墨烯纳米复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及纳米复合材料领域，尤其涉及一种SiC-石墨烯纳米复合材料及其制备方法。背景技术[0002]石墨烯是单层碳原子紧密堆积而成的革命性新型碳材料，厚度只有0.335纳米，是目前世界上最薄的二维材料，也是构筑其他碳材料如C60、碳纳米管、石墨和金刚石的结构单元。石墨烯具有二维蜂窝状形式排列的晶格结构，基本结构单位是稳定的碳六元环，原子之间以作用力强大的碳-碳键结合，所以石墨烯结构非常稳定。石墨烯稳定的晶格结构使其具有非常优异的导电性能。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因为晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生挤压，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。石墨烯另一特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过电子在一般导体中的运动速度。另一方面，石墨烯是能隙为零的半导体，在费米能级附近其载流子呈现线性的色散关系。由于这些优异的电性能，石墨烯被认为是下一代集成电路理想的半导体材料。同时，石墨烯也具有良好的力学、光学和热学性能，具有突出的导热性能（3000W/(mK)）和力学性能（1060GPa）以及室温下高速的电子迁移率（15000cm2/(V·S)）。石墨烯是真正的表面性固体，理想的单层石墨烯具有超大的比表面积，其理论比表面积高达2066m2/g，大大超过目前应用于电化学双电层电容器的活性碳的比表面积。石墨烯以及石墨烯基纳米复合材料由于上述优异的电学、光学、热学及力学性能有望应用于诸多领域，如集成电路、微机电系统、电化学催化剂、