中國(guó)粉體網(wǎng)訊  水稻作為我國(guó)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(duì)較低。同時(shí)，焚燒處理還會(huì)對(duì)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(gè)亟待解決的問題。

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水稻新價(jià)值！武漢科研團(tuán)隊(duì)成功提取出納米碳化硅

10月9日，武漢科技大學(xué)材料學(xué)部“志同‘稻’合”學(xué)生團(tuán)隊(duì)采用低溫鎂熱技術(shù)，從稻稈、稻殼中提取制作一種半導(dǎo)體材料——納米碳化硅，顆粒尺寸可細(xì)達(dá)30nm，純度達(dá)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(dǎo)體材料的生產(chǎn)提供了新的思路。

團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人韋奕麒和碳化硅產(chǎn)品 學(xué)校供圖

該團(tuán)隊(duì)從2021年起開始研究碳化硅，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人韋奕麒曾帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員赴各地農(nóng)村進(jìn)行調(diào)研，他們發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物堆積嚴(yán)重，綜合利用率不足50%。經(jīng)過對(duì)30余種農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物檢測(cè)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(shù)上的難點(diǎn)。

目前，國(guó)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(dá)1600℃~2200℃，能耗大且純度低，轉(zhuǎn)化工藝也相對(duì)復(fù)雜。針對(duì)這些問題，該團(tuán)隊(duì)利用稻稈和稻殼中的天然納米氧化硅與碳反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為顆粒均勻的納米碳化硅產(chǎn)品。在反應(yīng)過程中，團(tuán)隊(duì)自研了低溫鎂熱技術(shù)和動(dòng)態(tài)熱量控制技術(shù)，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(xì)小和均勻。

據(jù)介紹，團(tuán)隊(duì)曾在鄉(xiāng)村開展試點(diǎn)工作，面向農(nóng)戶以高于市場(chǎng)100%的價(jià)格收購(gòu)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(yíng)業(yè)額1000萬(wàn)元以上。當(dāng)前項(xiàng)目已完成中試階段，正在和企業(yè)開展戰(zhàn)略合作進(jìn)行產(chǎn)品試用，團(tuán)隊(duì)計(jì)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(yīng)用

近年來，碳化硅納米顆粒的合成受到了廣泛的關(guān)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(shí)驗(yàn)室水平上進(jìn)行的，規(guī)模化生產(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(tuán)聚問題，商業(yè)化合成SiC納米顆粒很困難。液體法中的化學(xué)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(shí)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(yīng)物價(jià)格昂貴，因此其制備成本較高，導(dǎo)致SiC納米顆粒的價(jià)格較高。

納米碳化硅材料因具有耐磨、耐腐蝕、強(qiáng)度高、高熱導(dǎo)等優(yōu)良的物理與化學(xué)性質(zhì)而備受關(guān)注，可用于芯片制造、高端陶瓷等，全球碳化硅產(chǎn)量供不應(yīng)求。此外，在過去的幾十年里，研究人員在探索納米SiC實(shí)際應(yīng)用方面做出了巨大的努力。

1.復(fù)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(xué)性能和抗氧化性能。而納米SiC因其具有彈性模量高、強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好以及耐腐蝕優(yōu)良等特性，被認(rèn)為是復(fù)合材料最理想的補(bǔ)強(qiáng)增韌劑，可廣泛用于聚合物復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料以及C/C復(fù)合材料。

2.場(chǎng)發(fā)射體

場(chǎng)發(fā)射是一種在強(qiáng)外電場(chǎng)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(chǎng)發(fā)射陰極材料領(lǐng)域中有很好的應(yīng)用潛力。

3.傳感器

SiC納米線具有較大的比表面積，其電導(dǎo)率對(duì)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(dāng)然，與金剛石NPs中熒光成像和在傳感中廣泛的應(yīng)用相比，SiC NPs在這些領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于起步階段。

4.超級(jí)電容器

SiC具有高熔點(diǎn)、優(yōu)異的力學(xué)性能、高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，其納米材料常被用作高溫結(jié)構(gòu)材料的納米增強(qiáng)相�？紤]到SiC納米材料的大比表面積和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，近些年其被廣泛用于超級(jí)電容器領(lǐng)域，特別是作為應(yīng)用于惡劣應(yīng)用環(huán)境下的儲(chǔ)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(shí)還具有化學(xué)和力學(xué)性能穩(wěn)定、密度小、比表面積大的優(yōu)點(diǎn)。因此，SiC納米材料可在極端條件下使用，在吸波領(lǐng)域的發(fā)展前景巨大。

來源：

汪涵等：納米碳化硅的制備與應(yīng)用研究進(jìn)展

半導(dǎo)體封裝技術(shù)全鏈：探解SiC 納米顆粒的合成之路

長(zhǎng)江云新聞

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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