碳化硅纤维

碳化硅纤维上氧化锌纳米线的制备

作者：胡章、王玲、童剑峰、易小苏

通讯地址：中国北京航空材料研究所先进复合材料国家重点实验室，北京100095

研究亮点：氧化锌纳米线具有介电损耗高、电阻低、强度高、模量高等优良性能，是一种理想的功能材料和结构材料，具有广阔的应用前景。在碳化硅纤维或织物表面生长过程中制备氧化锌纳米线，能够有效地调节碳化硅纤维或织物的电磁参数，以获得最佳的碳化硅纤维吸收性能。

表征测试

扫描电子显微镜（SEM）图像：图1显示了氧化锌纳米线的扫描电子显微镜（SEM）图像，这些纳米线自发地在大体积溶液中成核和生长。结果表明，水热法制备氧化锌纳米线是有效的。在散装溶液中生长的纳米线的长度为5-10μm，直径约为200纳米。

图1氧化锌纳米线的扫描电镜图像图2。氧化锌纳米线的X射线衍射图

图2是图1所示样品的XRD图。它可以被索引为氧化锌的六角形结构。图2中除氧化锌外，无杂质特征峰。

图3为生长在碳化硅纤维上的氧化锌纳米线的扫描电镜照片。在经过氧化锌溶胶预处理的纤维表面生长了氧化锌纳米线，纳米线的长度约为3μm，直径为50-200nm，如图3（d）所示。然而，没有如图3（e）所示的预处理，氧化锌纳米线不能生长在碳化硅纤维上。

图3（b）所示的氧化锌纳米线的形成经历了一个多相成核过程，因为碳化硅纤维被用作基体，而在碳化硅纤维表面的氧化锌薄膜起到了催化剂的作用。

惰性碳化硅纤维表面具有很低的表面能，局部表面光滑，抑制了成核过程。因此，没有氧化锌种子的碳化硅纤维表面没有生长晶体，如图3（e）所示。

图3.以三种长度尺度生长在碳化硅纤维上的氧化锌纳米线（a）30微米；（b）10微米；（c）1微米；（d）氧化锌纳米线的截面形态；（e）不使用氧化锌溶胶预处理

图4是图3所示的碳化硅纤维上单个氧化锌纳米线的EDS光谱。在光谱中，约2.1kev和9.6kev处的峰属于金涂层，在成分计算前省略了这一点。EDS分析表明，纳米线由锌和O组成，锌和O的摩尔比分别为47%和53%。在图3（c）中发现了另外两种氧化锌纳米线的类似结果。

图4。单根氧化锌纳米线在碳化硅纤维上的EDS光谱

结论

采用一种低成本、简单的方法，在不牺牲碳化硅纤维力学性能的前提下，在碳化硅纤维上制备了氧化锌纳米线。采用水热法制备了长5-10μm、直径约200nm的氧化锌纳米线。结合碳化硅纤维的预处理工艺，在碳化硅纤维上生长了直径50-200nm、长度约3微米的氧化锌纳米线。