辅助剂诱发固相反应低温制备一维氮化硅和碳化硅纳米材料及其机理研究

The one-dimensional silicon nitride and silicon carbide nanomaterials were widely used as composites reinforced body and nanodevices because of excellent mechanical properties, optical and electrical properties. Most synthesis methods of one-dimensional silicon nitride and silicon carbide nanomaterials have the shortcomings of high-temperature, the process complexity and low yield, which seriously retard their development. This project is designed to explore a synthesis method of one-dimensional silicon nitride and silicon carbide nano-materials, which is easy to operate, low-cost and high yield. The preparation method of the additive-induced solid state reaction was adopted to low-temperature synthesis of one-dimension silicon nitride and silicon carbvide nano-materials. The macroscopic yield and the impact law of miscrostructure are investigsted by adjusting the sorts of the raw materials and additives and the changs of experimental parameters. The additive effect on the reaction was analysized. The mechanisms of chemical reactions were discussed in detail, which provide a theoretical basis and technical support for the production of macro quantify. In addition, the relative preperties were investigate and the possible application were explored.

一维氮化硅和碳化硅纳米材料普遍具有优异的力学性能、光学性能和电学性能，在复合材料增强体和纳米器件等领域都有着广泛的应用前景。目前现有的一维氮化硅和碳化硅纳米材料的合成方法多数存在反应温度高、工艺复杂和产率低等缺点，严重制约它们的发展。本申请旨在探索"易操作、低成本、高产率"的制备方法合成一维氮化硅和碳化硅纳米材料。主要采用辅助剂诱发固相反应的方法低温制备一维氮化硅和碳化硅纳米材料，通过调整原料和辅助剂的种类以及实验参数的变化系统研究目标产物的宏观产量及微观形貌的影响规律，分析辅助剂对反应的影响，阐明其化学反应机理，为宏量化生产提供理论基础和技术支撑；同时研究目标产物的相关性能，探索可能的应用领域。

一维氮化硅和碳化硅等其他氮化物及碳化物纳米材料普遍具有优异的力学性能、光学性能和电学性能，在复合材料增强体和纳米器件等领域都有着广泛的应用前景。目前现有的一维氮化硅和碳化硅等其他氮化物及碳化物纳米材料的合成方法多数存在反应温度高、工艺复杂和产率低等缺点，严重制约它们的发展。本项目在探索"易操作、低成本、高产率"的制备方法合成一维氮化硅和碳化硅等其他氮化物及碳化物纳米材料上展开了多方面的工作。主要采用易升华的碘作为低温固相反应的引发剂，以硅粉、葡萄糖或麦芽糖及镁粉为原料，于120˚C制备了直径25–200纳米的立方相碳化硅螺旋纳米线和直径为300-850纳米的立方相碳化硅纳米片；以低温不稳定的无水三氯化铁为低温固相反应的引发剂，以NaBH4粉和叠氮化钠为原料，在400˚C合成了包裹有铁厚度为1–6纳米的氮化硼纳米片。通过不同理化手段对晶体生长过程进行跟踪, 研究了不同生长环境及条件对晶体生长的影响，并研究了产物的结构和物性。另外在合成氧化锰、氧化镍等纳米材料及在锂电池和超级电容器方面取得了新的进展，通过简单的水热法制备当量直径为80-160nm的四方氧化锰双锥纳米材料。制备的四氧化三锰四方双锥纳米材料电极在充放电的过程中，可以保持比容量为822.3 mA h g-1，第一圈的放电效率为66%，在之后的循环中，充放电效率均可以保持100%。制备的四氧化三锰四方双锥纳米材料电极，具有较好的倍率性能，在放电电流密度分别为0.1，0.2,，0.5，1和2C时，放电容量分别为869，798，708 ，604和471 mA h g-1。还以简单的水热合成方法制备出具有高的比表面积((257 m2 g−1）的三位次结构的氧化镍微米球，展示了高的超电容性能（1250 F g−1 at 1 A g−1）。相关的创新性研究成果已经发表在国际权威性学术期刊 Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Materials & Interfaces等上。