静电纺丝制备SiC介孔纳米纤维及其结构调控

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近年来,随着纳米材料科学技术的发展,宽带隙半导体SiC一维纳米材料的研究得到了广泛关注。SiC一维纳米材料由于自身独特的形貌特征及优异的性能,使其在光、电、磁及力学等方面具有广泛而潜在应用前景。SiC介孔纳米纤维在继承一维纳米材料的优点的基础上,又具备介孔结构所具有高比表面特性,有望用在光催化、催化剂载体等领域。本文围绕静电纺丝技术制备高质量的SiC介孔纳米纤维展开研究,通过对工艺的探索和优化,期望实现SiC介孔纳米纤维的可控制备。综合本论文工作,所取得的相关研究成果如下:(1)以聚硅氮烷(PSN)和聚乙烯吡咯烷酮(PSN)为原料,以无水乙醇为主要溶剂配制PSN/PVP前驱体纺丝液,通过静电纺丝得到PVP/PSN前驱体纤维,然后经固化和高温热解等处理,制备了纯度高、分布均匀的SiC介孔纳米纤维。(2)PSN含量是影响SiC介孔纳米纤维制备的重要因素之一,通过调控其含量,能够有效地实现高纯度、尺寸分布均匀的SiC介孔纳米纤维材料的可控制备,其最佳用量为24%-36wt%时,可以实现高纯度、尺寸分布均匀的高质量SiC介孔纳米纤维的制备。(3)前驱体纺丝液中添加石蜡油形成微乳液,经静电纺丝、固化及后续高温热解,制备出了C-SiC介孔纳米纤维,石蜡油最佳添加量为2-4Wt%。通过调控石蜡油的添加浓度,可以实现对C-SiC介孔纳米纤维结构及成分的调控。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 绪论第11-31页
    1.1 选题的背景及意义第11-12页
    1.2 SiC一维纳米材料的研究进展第12-18页
        1.2.1 SiC一维纳米材料简介第12-13页
        1.2.2 SiC一维纳米材料的主要特性第13-14页
            1.2.2.1 SiC一维纳米材料的场发射性能第13页
            1.2.2.2 SiC一维纳米材料的电学性能第13页
            1.2.2.3 SiC一维纳米材料的发光性能第13页
            1.2.2.4 SiC一维纳米材料的力学性能第13-14页
            1.2.2.5 SiC一维纳米材料的光催化性能第14页
        1.2.3 SiC一维纳米材料的制备方法第14-18页
            1.2.3.1 化学气相沉积法(CVD)第14-15页
            1.2.3.2 碳热还原法第15-16页
            1.2.3.3 溶胶-凝胶法第16页
            1.2.3.4 模板法第16-17页
            1.2.3.5 电弧放电法第17页
            1.2.3.6 水热和溶剂法第17-18页
            1.2.3.7 静电纺丝法第18页
    1.3 SiC介孔纳米纤维材料的研究现状第18-20页
    1.4 静电纺丝技术简介第20-31页
        1.4.1 静电纺丝技术的发展历史与现状第20-21页
        1.4.2 静电纺丝设备简介第21-24页
        1.4.3 静电纺丝主要基础理论第24-31页
            1.4.3.1 Taylor锥与喷射理论第25-26页
            1.4.3.2 射流的弯曲非稳定性第26-31页
第二章 主要研究内容、实验方案及分析方法第31-37页
    2.1 主要研究内容和意义第31-32页
    2.2 实验方案第32页
        2.2.1 SiC介孔纳米纤维的制备及其表征第32页
        2.2.2 原料配比对SiC介孔纳米纤维形貌的影响与结构调控第32页
        2.2.3 添加石蜡油对SiC介孔纳米纤维形貌的影响与结构调控第32页
    2.3 主要实验原料、设备和分析方法第32-37页
        2.3.1 实验原料第32-33页
        2.3.2 实验设备第33-35页
        2.3.3 实验分析和表征方法第35-37页
第三章 SiC介孔纳米纤维的制备及其表征第37-49页
    3.1 引言第37页
    3.2 实验方案第37-38页
        3.2.1 PVP/PSN溶液的配制第37-38页
        3.2.2 静电纺丝制备PVP/PSN前驱体纤维第38页
        3.2.3 PVP/PSN前驱体纤维的固化处理第38页
        3.2.4 高温热解制备SiC介孔纳米纤维第38页
    3.3 实验结果和讨论第38-48页
        3.3.1 PVP/PSN前驱体纤维的结构表征与分析第38-39页
        3.3.2 固化处理PVP/PSN纤维的结构表征与分析第39-41页
        3.3.3 高温热解SiC纤维的结构表征与分析第41-46页
            3.3.3.1 XRD分析第41-42页
            3.3.3.2 SEM分析第42-44页
            3.3.3.3 TEM、HRTEM和EDS分析第44-46页
        3.3.4 SiC介孔纳米纤维的生长机理第46-48页
    3.4 小结第48-49页
第四章 原料配比对SiC介孔纳米纤维结构的影响与调控第49-59页
    4.1 引言第49页
    4.2 实验方案第49-50页
        4.2.1 PVP/PSN溶液的配制第49-50页
        4.2.2 静电纺丝制备PVP/PSN前驱体纤维第50页
        4.2.3 PVP/PSN前驱体纤维的固化处理第50页
        4.2.4 高温热解制备SiC介孔纳米纤维第50页
    4.3 实验结果和讨论第50-58页
        4.3.1 PSN含量相对降低时(PVP:PSN=1:1时)第50-53页
        4.3.2 PSN的含量相对较高时(PVP:PSN=1:3&1:4)第53-56页
            4.3.2.1 原料配比(PSN:PSN)为1:3时第53-55页
            4.3.2.2 原料配比(PSN:PSN)为1:4时第55-56页
        4.3.3 PSN的含量更高时(PVP:PSN=1:5)第56-58页
    4.4 小结第58-59页
第五章 添加石蜡油对制备SiC介孔纳米纤维结构的影响与调控第59-73页
    5.1 引言第59页
    5.2 实验方案第59-61页
        5.2.1 配制含有不同浓度石蜡油的前驱体纺丝液第60页
        5.2.2 静电纺丝制备PVP/PSN/石蜡油/CTAB前驱体纤维第60-61页
        5.2.3 PVP/PSN/石蜡油/CTAB前驱体纤维的固化处理第61页
        5.2.4 高温热解制备SiC介孔纳米纤维第61页
    5.3 实验结果和讨论第61-72页
        5.3.1 没有添加石蜡油的条件下相关实验结果的表征与分析第61-63页
        5.3.2 添加不同浓度石蜡油的条件下相关实验结果的表征与分析第63-71页
            5.3.2.1 添加2wt%石蜡油第63-65页
            5.3.2.2 添加4wt%石蜡油第65-66页
            5.3.2.3 添加6wt%石蜡油第66-68页
            5.3.2.4 添加8wt%石蜡油第68-69页
            5.3.2.5 添加10wt%石蜡油第69-71页
        5.3.3 C-SiC介孔纳米纤维的形成机理第71-72页
    5.4 小结第72-73页
第六章 结论第73-75页
参考文献第75-81页
致谢第81-83页
攻读硕士期间发表的学术论文第83页
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