蔡子田

摘 要：近年来，石墨烯因其优异的电学、光学和力学等性质被作为高性能复合材料的改性材料进行广泛研究。基于石墨烯优异性能，本文总结了其在碳化硅纳米片中的应用。

关键词：石墨烯;碳化硅;纳米材料

碳化硅（SiC）俗稱金刚砂，由碳与硅键合而成的陶瓷化合物，由于其出色的化学和热稳定性，优良的力学性能，好的导热、导电性以及宽禁带（比一般半导体更宽，3C-SiC为2.39

eV）等特征倍受关注。同时，与传统的块状SiC材料和SiC薄膜相比，低维纳米SiC材料因为量子尺寸效应、大的比表面积等特性，表现出一些新的特征（对CO、CO 2 等气体高度敏感，对氧化还原反应起催化作用）。这些特征使SiC在半导体、耐磨涂层、高温结构材料、环境净化等领域得到广泛应用。除SiC材料的自然特性外，SiC纳米晶体的形貌和表面控制也变得越来越重要，因为其决定了产物的物理和化学性质。自从1994年首次合成SiC纳米棒以来，研究者们付出很大努力制备了具有多样化形貌的SiC纳米材料，如零维SiC纳米空心球，一维SiC纳米线、SiC纳米棒、SiC纳米晶须、和核壳纳米线（SiC@石墨核壳纳米线），以及二维SiC纳米片等。二维SiC纳米片相对于二维贵金属纳米材料（金、银等），具有独特的光学性质和催化性能。但是，在高性能微电子器件、电磁波吸收体等应用领域，二维SiC纳米片材料的电学、吸波等性能很难满足需求。纳米材料相比块体材料，展现出许多特殊新颖的电学、光学和吸波等性能，将纳米材料添加到中，可有效改善材料的一些功能特性。因此，采用纳米技术，将其与碳化硅复合，构建核壳结构，结合各自的优异性能，互补各自不足，改善碳化硅的电学、吸波等性能成为一种可行且有效的方法。

1 石墨烯的研究

石墨烯由于其优异的电学、光学和力学等性质被作为高性能复合材料的改性剂进行研究。芦伟等人在真空条件下对微米尺寸的6H-SiC粉末进行高温退火处理，在SiC颗粒表面原位生长出完全包覆SiC颗粒的高质量石墨烯，该颗粒展示出极好的降解有机物能力，相较于同尺寸的无石墨烯的SiC颗粒，包覆有石墨烯的SiC颗粒降解有机物的效果提高了7倍左右。Wang等人通过化学气相沉积方法在钢环状样品载体上制备出C涂层改性的SiC纳米电缆。电学性能测试结果表明，碳化硅纳米结构表面改性不仅可以将碳化硅表面性质从亲水性调节为疏水性，还可以显著提高其电学性能。若将单层或多层石墨烯与二维SiC纳米材料复合形成核壳结构，结合二者优异性能，有望得到性能更优异的（半导体、光催化、电磁吸收体等领域）材料。

2 石墨烯改性SiC的研究

目前，对于C/SiC核壳复合材料的报道甚少。有研究者[1]介绍了通过微波等离子体增强化学气相沉积法在Si衬底上生长边缘取向的SiC纳米壁，然后进行表面石墨化来制备SiC支撑的应变石墨烯纳米壁。该方法中石墨薄片生长缓慢并且在达到高温后很快终止生长，而且该方法成本较高、工艺复杂，需要精确控制加工条件。黄小萧等[2]介绍了一种在较高温度和一定压力下利用高温烧结炉制备出SiC/石墨烯核壳结构纳米线。其采用金属或金属化合物作为催化剂，在SiC纳米线表面长出了一层或多层石墨烯。该方法中采用金属或金属化合物作为催化剂，获得的产物中石墨烯的层数很难得到控制，若含有金属阳离子对复合材料高温性能也会有很大影响。

LuW等[3]通过将装有SiC粉末的坩埚装载到自制的高温炉，控制炉内压力、温度以及反应时间，在SiC粉末上覆盖不同厚度的石墨烯（从小于三层到超过10层）制得SiC/石墨烯核壳结构复合材料。该方法石墨烯缺陷较多，容易脱落，而且石墨烯的层数很难得到控制。

也有研究者通过控制二茂铁含量和退火温度，热解二茂铁改性聚碳硅烷制备SiC/C复合陶瓷。该材料中生长有碳纳米线，乱层碳，洋葱状碳和石墨烯样碳4种结构自由碳，复合材料成分不易控制，而且还容易生成SiO 2。

3 结论

核壳结构的互补机制、多层构造以及石墨烯材料优良的力学、导热和导电性能，改善了SiC的电学、光催化以及吸波等性能，为高性能材料的制备与设计提供新的思路。

参考文献：

[1]Hu M S，Kuo C C，Wu C T，et al.The production of SiC nanowalls sheathed with a few layers of strained graphene and their use in heterogeous catalysis and sensing applications[J].Carbon，2011，49（14）：4911-4919.

[2]黄小萧，闫旭，温广武，等.一种SiC/石墨烯核壳结构纳米材料的制备方法：CN104495850A[P].2015.

[3]Lu W，Guo L，Jia Y，et al.Significant enhancement in photocatalytic activity of high quality SiC/graphene core-shell Heterojunctio-n with optimal structural parameters[J].Rsc Advances，2014，4（87）：46771-46779.

[4]Li，Q.;Yin，X.W.;Duan，W.Y.;Kong，L.;Liu，X.M.;Cheng，L.F.;Zhang，L.T.Improved dielectric and electromagnetic interference shielding properties of ferrocenemodified polycarbosilane derived SiC/C composite ceramics.J.Eur.Ceram.Soc.2014，34，2187-2201.