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材料导报B:研究篇
2013年12月(下)第27卷第12期
废弃棉短绒生物模板制备纳米SiC纤维的研究
薛涛',孟家光',金志浩
1西安工程大学纺织与材料学院,西安710048;2西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,西安710049)
摘要以纺织加工过程中废弃的棉短绒为模板,经过溶胶法浸渍形成棉纤维/氧化硅复合体,再经碳化、碳热
还原反应制备出SC納米纤维和納米颗粒。XRD显示最终产物的组成相为3SiC,SEM和TEM分析显示SC纳米
纤维的直径在20~200m。通过对碳/氧化硅复合体碳热还原生成SiC纳米纤维的各步反应的热力学分析,推论
C納米纤维由SiO与CO间的气气反应生成,并推导出其生长杋制属于气固生长。为重新利用棉短绒、变废为宝
提供了新的思路。
关键词棉短绒纳米材料纺织材料模板法溶胶凝胶法
中图分类号:TQl174
文献标识码:A
Study on Preparation of Nano-sic Fibers by Template Method Based on
Waste Cotton Linter
XUE Tao, MENG Jiaguang, JIN Zhihao
(1 Faculty of Textile and Material, Xi an Polytechnic University, Xi an710048; 2 State Key Laboratory for
Mechanical Behavior of Materials, Xi'an Jiao Tong University, Xi'an 710049)
Abstract Waste cotton linters from textile industry were used as templates to be transformed as cotton fiber
io complex after sol impregnation, and then through carbonization, carbon thermal reduction reaction, nano-sic fi-
bers and nano particles were prepared. The composition phase of the final products were displayed by XRD as 8-ic
and the range of diameter size of nano Sic fibers was analyzed by SEM and TEM as 20-100 nm Based on the thermo
dynamic analysis of each step in the thermal reduction on carbon/io composite car on to generate nano-sic fibers, it
can be seen that the nano-sic fibers were generated by the vapor reaction between Sio and CO, and its growth mecha
nism was vapor-solid. For the reuse of cotton linter, thus conclusion provides a new train of thought
Key words cotton linter, nano-material, textile material, template method, sol-gel method
0引言
耐折,柔软,吸收性能好,具有高度的不透明性,并且可以经
久保存,常用于生产特种技术用纸和多种高级纸张,如钞票
模板法是将具有纳米结构、价廉易得而形状容易控制的纸、证券纸等,但同时也对环境造成极大的污染和危害
物质作为模板,通过物理或者化学的方法将相关材料沉积到另外,棉短绒碳化后只有单一的碳,而且含有大量的气孔,有
模板的孔中或者表面,而后移去模板,得到具有模板规范形利于液相的渗人?。经过碳化、液相滲硅处理可以得到近似
貌尺寸的纳米材料的过程,通常用于纳米材料的合成。纳净尺寸成型的纳米SiC材料112,使得工艺流程更容易控
米SiC材料具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、高温化学性能稳制,并且制备过程精度更高。选用废弃棉短绒为模板制备
定、热?性能优异、热膨胀系数低、强度和比刚度高等特点,SiC纳米线具有重要的应用价值和社会效益。
通常被用作功能器件和结构材料。制备SiC纳米材料的常
用方法包括化学气相沉积2、激光溶蚀和硅凝胶的碳热
实验
还原。”等。碳热还原法因成本低廉和工艺简单而被广泛采1.1试样制备
用
将废弃的棉短绒除污、洗净,多次浸渍硅溶胶后,于烘箱
棉短绒是籽棉经轧花厂加工,剥去其中用于纺织的棉纤中100℃烘干;在管式炉中于氮气保护下以2℃/min的升温
维后,又反复多次通过剥绒机所产生的长度较短的棉纤维。速率加热到800℃进行碳化;碳化完成后所得碳/氧化硅复
我国有丰富的棉短绒资源,大量的棉短绒由于不适合纺织工合体在真空炉中以600℃/h的升温速率加热到1550℃发生
业,儿乎全部浪费8。棉纤维较纯,纤维细长而有弹性,坚初碳热还原反应,在加热到900℃时通入氩气作为保护气;在
x国家自然科学基金(50572084);映西省重点实验室专项(12JS044):陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2012JQ6011);博
士科研启动项目(BS1112);映西省重点学科专项(映『20081169)
薛涛:男,1979年生,博士,讲师,研究方向为新材料工艺E-mail:fuling(126.com