中國粉體網(wǎng)訊 水稻作為我國的主要糧食作物，每年產(chǎn)生大量的稻稈和稻殼等農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物。然而，這些副產(chǎn)物的綜合利用率并不高，往往被焚燒或作為飼料和生物能源使用，其附加值相對較低。同時，焚燒處理還會對環(huán)境造成污染。因此，如何高效地利用這些農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，成為了一個亟待解決的問題。
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水稻新價值！武漢科研團隊成功提取出納米碳化硅
10月9日，武漢科技大學材料學部“志同‘稻’合”學生團隊采用低溫鎂熱技術，從稻稈、稻殼中提取制作一種半導體材料——納米碳化硅，顆粒尺寸可細達30nm，純度達99.99%，使稻殼附加值提升9倍以上。這一創(chuàng)新成果不僅為農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物的高附加值利用開辟了新的途徑，也為半導體材料的生產(chǎn)提供了新的思路。
團隊負責人韋奕麒和碳化硅產(chǎn)品 學校供圖
該團隊從2021年起開始研究碳化硅，團隊負責人韋奕麒曾帶領團隊成員赴各地農(nóng)村進行調(diào)研，他們發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物堆積嚴重，綜合利用率不足50%。經(jīng)過對30余種農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物檢測后發(fā)現(xiàn)，水稻中氧化硅含量高，粒度均勻，是制備納米碳化硅的理想原料。然而，如何從稻稈和稻殼中低溫便捷地合成納米碳化硅，并控制其尺寸形態(tài)，是技術上的難點。
目前，國內(nèi)外工業(yè)常用碳熱還原法制備納米碳化硅，但這種制備方法溫度高達1600℃~2200℃，能耗大且純度低，轉(zhuǎn)化工藝也相對復雜。針對這些問題，該團隊利用稻稈和稻殼中的天然納米氧化硅與碳反應，轉(zhuǎn)化為顆粒均勻的納米碳化硅產(chǎn)品。在反應過程中，團隊自研了低溫鎂熱技術和動態(tài)熱量控制技術，成功突破了鎂熱過程因局部高溫引起的納米碳化硅燒結(jié)問題，從而保障了顆粒尺寸的細小和均勻。
據(jù)介紹，團隊曾在鄉(xiāng)村開展試點工作，面向農(nóng)戶以高于市場100%的價格收購稻殼，并采用低溫工藝生產(chǎn)高純度納米碳化硅產(chǎn)品，三年可為企業(yè)新增營業(yè)額1000萬元以上。當前項目已完成中試階段，正在和企業(yè)開展戰(zhàn)略合作進行產(chǎn)品試用，團隊計劃在各村鎮(zhèn)建立農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物原料加工基地，助農(nóng)增收。
納米碳化硅的潛在應用
近年來，碳化硅納米顆粒的合成受到了廣泛的關注，各種碳化硅納米顆粒的合成方法層出不窮。目前，大多數(shù)碳化硅納米顆粒的合成研究都是在實驗室水平上進行的，規(guī)�；a(chǎn)面臨著許多挑戰(zhàn)。盡管大多數(shù)市售SiC是通過燃燒合成和碳熱還原法制備的，但由于團聚問題，商業(yè)化合成SiC納米顆粒很困難。液體法中的化學刻蝕和脈沖激光燒蝕可以合成純度高、分散性好的SiC納米粒子，但由于產(chǎn)品收率較低，無法實現(xiàn)批量生產(chǎn)。因此，目前市售的高純SiC納米顆粒主要采用CVD法生產(chǎn)。CVD法的反應物價格昂貴，因此其制備成本較高，導致SiC納米顆粒的價格較高。
納米碳化硅材料因具有耐磨、耐腐蝕、強度高、高熱導等優(yōu)良的物理與化學性質(zhì)而備受關注，可用于芯片制造、高端陶瓷等，全球碳化硅產(chǎn)量供不應求。此外，在過去的幾十年里，研究人員在探索納米SiC實際應用方面做出了巨大的努力。
1.復合材料
基體材料中加入納米晶須、納米粒子、納米纖維等可以明顯的提高材料的力學性能和抗氧化性能。而納米SiC因其具有彈性模量高、強度高、熱穩(wěn)定性好以及耐腐蝕優(yōu)良等特性，被認為是復合材料最理想的補強增韌劑，可廣泛用于聚合物復合材料、金屬基復合材料以及C/C復合材料。
2.場發(fā)射體
場發(fā)射是一種在強外電場作用下固體中的電子從陰極表面逸出的現(xiàn)象。SiC在惡劣的條件下具有高的抗氧化性和熱穩(wěn)定性，可以承受高的電流密度。因此，在場發(fā)射陰極材料領域中有很好的應用潛力。
3.傳感器
SiC納米線具有較大的比表面積，其電導率對于其表面電子狀態(tài)的改變十分敏感。這使得SiC納米線在傳感器等方面有較大的前景。當然，與金剛石NPs中熒光成像和在傳感中廣泛的應用相比，SiC NPs在這些領域的應用仍處于起步階段。
4.超級電容器
SiC具有高熔點、優(yōu)異的力學性能、高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性等優(yōu)點，其納米材料常被用作高溫結(jié)構(gòu)材料的納米增強相。考慮到SiC納米材料的大比表面積和優(yōu)異的化學穩(wěn)定性等特點，近些年其被廣泛用于超級電容器領域，特別是作為應用于惡劣應用環(huán)境下的儲能材料。
5.吸波材料
納米SiC是一種理想的高溫輕質(zhì)吸波材料，它可以產(chǎn)生介電損耗從而吸收電磁波，同時還具有化學和力學性能穩(wěn)定、密度小、比表面積大的優(yōu)點。因此，SiC納米材料可在極端條件下使用，在吸波領域的發(fā)展前景巨大。
來源：
汪涵等：納米碳化硅的制備與應用研究進展
半導體封裝技術全鏈：探解SiC 納米顆粒的合成之路
長江云新聞
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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