稻壳基纳米碳化硅的制备及吸波性能研究

摘要

纳米碳化硅材料作为第三代半导体的核心材料之一，具有硬度大、强度高、热导率高、带隙宽、临界击穿电压高、抗氧化和抗化学腐蚀等优良的特性，使其在复合材料、光电器件、场发射体、催化剂载体、吸波材料和生物相容性材料等领域应用广泛。目前纳米碳化硅材料常用的制备方法有碳热还原发、化学气相沉积法和溶剂热法等，然而由于这些制备方法步骤繁琐、反应温度高和设备昂贵等缺点，导致纳米碳化硅材料的价格昂贵。因此，大规模且低成本地合成碳化硅纳米材料对其广泛应用有着非常重要的意义。
　　本论文以稻壳为原料利用镁热还原法在低温下大规模地制备了纳米碳化硅颗粒，对纳米颗粒的形貌、结构和物理性质进行了表征，并研究了镁热还原制备碳化硅的具体反应机理，在前人工作的基础上提出了新的反应模型，最后对稻壳制备的纳米碳化硅颗粒在吸波材料领域的应用做了初步研究。主要内容如下:
　　1.利用镁热还原法首次在低温下(600℃)从稻壳中制备得到纳米碳化硅颗粒，产率达到7-10 wt％。合成的SiC纳米颗粒(SiC NPs)粒径在20-30 nm左右，保持了原始稻壳中SiO2的形貌。另外，对于SiO2/C复合物镁热还原生成SiC的反应，提出了一个全新的反应机理，认为该反应有两个过程:
　　(1)SiO2纳米颗粒和Mg发生放热反应在颗粒表面形成一层Mg2Si，
　　(2)生成的中间产物Mg2Si和未反应的SiO2、C在第一步反应释放的热量影响下继续反应生成SiC，随着反应的进行，SiO2纳米颗粒最终完全转变成SiC NPs。
　　2.将稻壳制备得到的纳米碳化硅颗粒应用在吸波材料领域，制备了不同含碳量的SiC NPs/C复合材料并对其吸波性能进行测试，发现碳含量较高或碳含量较低的样品吸波性能均不理想，当碳含量为1.5 wt％时吸波性能最好，反射损失在7.1 GHz时达到最大值-22.8 dB，小于-10 dB(吸收90％)的频率宽度为1.9 GHz。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1．1 碳化硅的结构

1．1．2 纳米碳化硅的性质

1．1．3 纳米碳化硅的应用

1．1．4 纳米碳化硅的制备方法

1．2 稻壳制备纳米碳化硅材料的研究进展

1．2．1 稻壳的成分及结构

1．2．2 基于稻壳的碳化硅纳米材料的研究现状

1．3 纳米碳化硅吸波材料的研究进展

1．4 论文选题背景和主要研究内容

1．4．1 选题背景

1．4．2 研究内容

第二章 稻壳制备纳米碳化硅颗粒及反应机理研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂及仪器

2．2．2 实验过程

2．2．3 样品表征方法

2．2．4 热力学计算

2．3 实验结果与分析

2．3．1 稻壳及碳化稻壳的形貌与热重表征

2．3．2 SiC NPs的形貌及成分表征

2．3．3 SiC NPs的纯度和物理性质表征

2．3．4 不同镁热反应温度对产物形貌的影响

2．3．5 镁热反应制备碳化硅的反应机理研究

2．4 本章小结

第三章 稻壳制备纳米碳化硅颗粒／碳复合物的吸波性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂及仪器

3．2．2 实验过程

3．2．3 样品表征方法

3．2．4 样品吸波性能的测试方法与数据处理

3．3 实验结果与分析

3．3．1 产物的形貌及结构表征

3．3．2 产物的吸波性能研究

3．4 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

致谢

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目