本發明屬于碳化硅納米材料領域，特別涉及一種碳化硅納米材料的制備方法。
背景技術：
以硅為代表的第一代元素半導體和以砷化鎵為代表的第二代化合物半導體大大推動了微電子技術和光電子技術的發展，但是由于材料本身性能的限制，其器件應用也趨于極限。與硅和砷化鎵等傳統半導體材料相比，碳化硅擁有很多優良的特性，比如帶隙寬，熱導率高，臨界擊穿電場高，電子飽和遷移速率高，抗氧化抗腐蝕耐高溫能力強等。因此以碳化硅為代表的第三代半導體受到了人們極大的關注，碳化硅在制備高溫、高頻、大功率、光電子及抗輻射器件等方面具有巨大的潛力。
現有技術中，碳化硅納米材料的制備方法主要是使用不同碳源、硅源的碳熱還原法。在制備碳化硅納米材料過程中，存在碳源和硅源很難混合均勻、原料利用率偏低、產率不高等問題。
技術實現要素：
本發明實施例提供一種碳化硅納米材料的制備方法，解決了在制備碳化硅納米材料過程中，碳源和硅源很難混合均勻、原料利用率偏低、產率不高等問題，具有工藝簡單、生產溫度低、對環境無污染、耗能低、易于大規模生產、產物純度高、結晶性好、粗細均勻的技術效果。
本發明實施例提供一種碳化硅納米材料的制備方法，所述方法包括：按照摩爾比1:2:10:0.01的量的稱取間苯二酚、甲醛、去離子水和碳酸鈉，攪拌均勻后得到間苯二酚-甲醛溶膠；按照摩爾比1:4:1:7.8×10-4的量將正硅酸乙酯、乙醇、去離子水和鹽酸(0.1mol/L)混合均勻后得到二氧化硅溶膠；將所述間苯二酚-甲醛溶膠和所述二氧化硅溶膠按照間苯二酚和正硅酸乙酯的質量比為1：2.1的量混合攪拌均勻后制得間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠；按照碳元素與金屬鹽的摩爾比為70～100將所述間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠粉末與硝酸鈷進行研磨，得到未提純的樣品；將所述未提純的樣品去碳后，用體積比為3：1氫氟酸和濃硝酸混合液處理除去二氧化硅，制得β-碳化硅納米材料。
進一步地，所述方法還包括：按照摩爾比1:4:1:7.8×10-4的量將正硅酸乙酯、乙醇、去離子水和鹽酸(0.1mol/L)混合均勻后，在40℃下攪拌2小時，然后冷卻至室溫，再按照一定的比例加入1mol/L的氨水和去離子水，使得正硅酸乙酯、氨水和此部分去離子水的摩爾比為1:5.7×10-3:3，再在室溫下攪拌10分鐘，得到二氧化硅溶膠。
進一步地，所述方法還包括：將所述間苯二酚-甲醛溶膠和所述二氧化硅溶膠按照間苯二酚和正硅酸乙酯的質量比為1：2.1的量混合攪拌均勻后注入安瓿瓶中，封口，在85℃水浴中反應3天，形成黑紅色的透明濕凝膠，將所述濕凝膠在超臨界石油醚中干燥120分鐘，制得間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠。
進一步地，所述方法還包括：按照碳元素與金屬鹽的摩爾比為70～100將所述間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠粉末與硝酸鈷進行研磨，將研磨后得到的混合物置于氧化鋁坩堝內，平推入真空管式爐中，密封，抽去爐內空氣并充入氬氣，保持氬氣的流量為200～300ml/min，按照5℃/min的速率升溫至1300℃～1500℃進行熱處理，保溫1～5小時，得到未提純樣品。
進一步地，所述方法還包括：將所述未提純樣品在600℃空氣氣氛中灼燒5小時以除去碳。
進一步地，所述方法還包括：將所述未提純的樣品去碳后，用體積比為3：1的氫氟酸和濃硝酸混合液處理72小時，除去二氧化硅，再經過去離子水清洗和離心處理，干燥，制得β-碳化硅納米材料。
本申請實施例中的上述一個或多個技術方案，至少具有如下一種或多種技術效果：
在本發明實施例中，首先制得間苯二酚-甲醛溶膠，再制得二氧化硅溶膠，通過溶膠-凝膠技術，得到碳硅元素分布均勻的間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠，這種氣凝膠能使碳硅元素以及催化劑在納米水平上進行混合，反應活性高，工藝簡單，反應過程中幾乎沒有污染環境的有害氣體產生，解決了在制備碳化硅納米材料過程中，碳源和硅源很難混合均勻、原料利用率偏低、產率不高等問題，具有工藝簡單、原料利用率高、生產溫度低、對環境無污染、耗能低，易于大規模生產、產物純度高、結晶性好、粗細均勻的技術效果。
具體實施方式
本發明實施例提供一種碳化硅納米材料的制備方法，解決了在制備碳化硅納米材料過程中，存在碳源和硅源很難混合均勻、原料利用率偏低、產率不高等問題，具有工藝簡單、生產溫度低、對環境無污染、耗能低，易于大規模生產，產物純度高、結晶性好、粗細均勻的技術效果。
為了解決上述技術問題，本發明提供的思路如下：
按照摩爾比1:2:10:0.01的量的稱取間苯二酚、甲醛、去離子水和碳酸鈉，攪拌均勻后得到間苯二酚-甲醛溶膠；按照摩爾比1:4:1:7.8×10-4的量將正硅酸乙酯、乙醇、去離子水和鹽酸混合均勻后得到二氧化硅溶膠；將所述間苯二酚-甲醛溶膠和所述二氧化硅溶膠按照間苯二酚和正硅酸乙酯的質量比為1：2.1的量混合攪拌均勻后制得間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠；按照碳元素與金屬鹽的摩爾比為70～100將所述間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠粉末與硝酸鈷進行研磨，得到未提純的樣品；將所述未提純的樣品去碳后，用體積比為3：1氫氟酸和濃硝酸混合液處理除去二氧化硅，制得β-碳化硅納米材料。解決了在制備碳化硅納米材料過程中，碳源和硅源很難混合均勻，原料利用率偏低，產率不高等問題。
實施例1
稱取6.606g間苯二酚和8.8ml 37％的甲醛，混合，加入10.8ml去離子水作為溶劑調節濃度，再加入0.0636g碳酸鈉，然后利用磁力攪拌裝置攪拌15分鐘，使間苯二酚、甲醛和碳酸鈉充分均勻的溶解在水中，形成間苯二酚-甲醛溶膠。
將26.9ml正硅酸乙酯、28.0ml乙醇和2.2ml去離子水混合在一起，滴入0.1mol/L的鹽酸(HCl)0.96ml，在40℃下攪拌2小時，進行水解；在溶液冷卻到室溫下后，然后再加入0.69ml 1mol/L的氨水和6.48ml去離子水，在室溫下攪拌10min后，形成二氧化硅溶膠。
按質量比1.0:2.1稱取4.55g間苯二酚-甲醛溶膠和9.55g二氧化硅溶膠混合，然后攪拌10分鐘，形成淡黃色、均一的混合溶膠。將此混和溶膠注入安瓿瓶中，封口，置于85℃水浴中72小時，形成透明的黑紅色的濕凝膠，取出濕凝膠。在超臨界石油醚中干燥120分鐘，制得間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠。
按照質量比為1：0.087稱取1.000g間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠粉末和0.087g硝酸鈷(其中C/Co摩爾比為70：1)，充分研磨，將混合物置于氧化鋁坩堝中，平推入真空管式爐中，密封，抽去爐內空氣，充入氬氣，然后以5℃/min的升溫速率升至預定溫度，在1300℃下進行熱處理1小時。加熱程序完成后，靜置爐體冷卻至室溫，取出未提純的樣品。
先在空氣氣氛下600℃灼燒以除去碳，然后用氫氟酸(40％)和硝酸(65％)的混合液(體積比3：1)處理72小時，除去二氧化硅，最后經過去離子水清洗和離心處理，干燥，制得提純的納米β-碳化硅，直徑100nm左右，收率(實際產量與原料重量的比值)為52.6％。
實施例2
稱取6.606g間苯二酚和8.8ml 37％的甲醛，混合，加入10.8ml去離子水作為溶劑調節濃度，再加入0.0636g碳酸鈉，然后利用磁力攪拌裝置攪拌15分鐘，使間苯二酚、甲醛和碳酸鈉充分均勻的溶解在水中，形成間苯二酚-甲醛溶膠。
將26.9ml正硅酸乙酯、28.0ml乙醇和2.2ml去離子水混合在一起，滴入0.1mol/L的鹽酸(HCl)0.96ml，在40℃下攪拌2小時，進行水解；在溶液冷卻到室溫下后，然后再加入0.69ml 1mol/L的氨水和6.48ml去離子水，在室溫下攪拌10min后，形成二氧化硅溶膠。
按質量比1.0:2.1稱取4.55g間苯二酚-甲醛溶膠和9.55g二氧化硅溶膠混合，然后攪拌10分鐘，形成淡黃色、均一的混合溶膠。將此混和溶膠注入安瓿瓶中，封口，置于85℃水浴中72小時，形成透明的黑紅色的濕凝膠，取出濕凝膠。在超臨界石油醚中干燥120分鐘，制得間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠。
按照質量比為1：0.072稱取1.000g間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠粉末和0.072g硝酸鈷(其中C/Co摩爾比為85：1)，充分研磨，將混合物置于氧化鋁坩堝中，平推入真空管式爐中，密封，抽去爐內空氣，充入氬氣，然后以5℃/min的升溫速率升至預定溫度，在1300℃下進行熱處理1小時。加熱程序完成后，靜置爐體冷卻至室溫，取出未提純的樣品。
先在空氣氣氛下600℃灼燒以除去碳，然后用氫氟酸(40％)和硝酸(65％)的混合液(體積比3：1)處理72小時，除去二氧化硅，最后經過去離子水清洗和離心處理，干燥，制得提純的納米β-碳化硅，收率(實際產量與原料重量的比值)為52.3％。
實施例3
稱取6.606g間苯二酚和8.8ml 37％的甲醛，混合，加入10.8ml去離子水作為溶劑調節濃度，再加入0.0636g碳酸鈉，然后利用磁力攪拌裝置攪拌15分鐘，使間苯二酚、甲醛和碳酸鈉充分均勻的溶解在水中，形成間苯二酚-甲醛溶膠。
將26.9ml正硅酸乙酯、28.0ml乙醇和2.2ml去離子水混合在一起，滴入0.1mol/L的鹽酸(HCl)0.96ml，在40℃下攪拌2小時，進行水解；在溶液冷卻到室溫下后，然后再加入0.69ml 1mol/L的氨水和6.48ml去離子水，在室溫下攪拌10min后，形成二氧化硅溶膠。
按質量比1.0:2.1稱取4.55g間苯二酚-甲醛溶膠和9.55g二氧化硅溶膠混合，然后攪拌10分鐘，形成淡黃色、均一的混合溶膠。將此混和溶膠注入安瓿瓶中，封口，置于85℃水浴中72小時，形成透明的黑紅色的濕凝膠，取出濕凝膠。在超臨界石油醚中干燥120分鐘，制得間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠。
按照質量比為1：0.061稱取1.000g間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠粉末和0.061g硝酸鈷(其中C/Co摩爾比為100：1)，充分研磨，將混合物置于氧化鋁坩堝中，平推入真空管式爐中，密封，抽去爐內空氣，充入氬氣，然后以5℃/min的升溫速率升至預定溫度，在1300℃下進行熱處理1小時。加熱程序完成后，靜置爐體冷卻至室溫，取出未提純的樣品。
先在空氣氣氛下600℃灼燒以除去碳，然后用氫氟酸(40％)和硝酸(65％)的混合液(體積比3：1)處理72小時，除去二氧化硅，最后經過去離子水清洗和離心處理，干燥，制得提純的納米β-碳化硅，收率(實際產量與原料重量的比值)為43.7％。
本發明本申請實施例提供的一種碳化硅納米材料的制備方法具有如下技術效果：
在本發明實施例中，首先制得間苯二酚-甲醛溶膠，再制得二氧化硅溶膠，通過溶膠-凝膠技術，得到碳硅元素分布均勻的間苯二酚-甲醛/二氧化硅復合氣凝膠，這種氣凝膠能使碳硅元素以及催化劑在納米水平上進行混合，反應活性高，工藝簡單，反應過程中幾乎沒有污染環境的有害氣體產生，解決了在制備碳化硅納米材料過程中，碳源和硅源很難混合均勻、原料利用率偏低、產率不高等問題，具有工藝簡單、原料利用率高、生產溫度低、對環境無污染、耗能低、易于大規模生產、產物純度高、結晶性好、粗細均勻的技術效果。
盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。