柔性氮化硅纳米纤维及其改性气凝胶制备与性能研究

编号：NMJS09652

篇名：柔性氮化硅纳米纤维及其改性气凝胶制备与性能研究

作者：唐敬文

关键词： 氮化硅; 静电纺丝; 柔性; 纳米纤维; 气凝胶;

机构： 北京化工大学

摘要： 氮化硅作为一种新型陶瓷材料,不仅兼具高强度、低密度、低热导率、高绝缘性、低介电常数、低摩擦系数等一系列优良特性,还具备耐高温、抗氧化以及良好的耐腐蚀性等独特性能,但本身脆性大限制了其应用领域。本论文针对氮化硅易碎的问题,利用前驱体转化法与静电纺丝技术相结合,分别构筑了二维（2D）柔性氮化硅纤维膜与三维（3D）氮化硅改性气凝胶。具体研究内容如下: （1）以聚硅氮烷为前驱体,聚乙烯吡咯烷酮为纺丝助剂,通过调节纺丝液中加入的乙酰丙酮锆的含量、纺丝工艺参数与煅烧工艺参数,对纤维柔性、形貌与结晶度进行调节,成功制备了纤维直径在400-600 nm范围内、连续性较好且表面光滑,没有明显断裂与粘结现象的氮化硅纳米纤维,且氮化硅纳米纤维整体上由脆性转变为柔性,表现出良好的介电性能,介电常数稳定在2.3左右,介电损耗小于2×10-2,最小透波率为83%,平均透波率大于90%,同时具备良好的耐高温性。 （2）以聚硅氮烷、聚丙烯腈为前驱体,聚乙烯吡咯烷酮为纺丝助剂,利用静电纺丝时产生的极化效应,通过调整煅烧工艺参数,制备了多种特性于一身的柔性Si3N4-C复合气凝胶。与传统单一组分气凝胶相比,Si3N4-C气凝胶在结构上更具可设计性,既能保留气凝胶原本的三维多孔骨架特征,又可依托Si3N4提供更高耐热性能;同时,C组分能够提升材料吸波能力,并在一定程度上增强耐酸碱性。该气凝胶还同时具备轻质、隔热、吸波、机械性能优良等特点,而且制备过程简单,周期短效率高。