由于碳化硅材料独特的物理化学性质,使其具有耐磨、耐腐蚀、抗氧化、高弹性模量、高硬度和高温强度等优良性能,近几年受到了广泛的关注。特别是一维碳化硅纤维,由于其两个维度均处于微纳米级别,凭借其高热导率、高化学稳定性、耐氧化、以及特别的光电学等优异性能,在纳米电子器件、光子器件、压力传感器、能量存储和转换等相关领域有着重要的科学及工业应用价值。本文通过理论设计实现高效能制备碳化硅纤维工艺,并从一维碳化硅纳米材料的形貌合成工艺控制着手,获得了具有一系列特殊形貌的一维碳化硅纳米材料,并探究了在合成过程中材料结构变化的生长机理,进而深入研究了不同形貌的一维碳化硅纤维材料的内部结构与其性能之间的构效关系。在此基础上,对一维碳化硅纤维复合材料制备机理及应用进行了拓展性研究,为一维碳化硅纳米材料及其复合材料在实际领域的应用提供了较全面的理论与实验依据。论文的研究包括化学气相沉积法制备一维碳化硅纤维,冷冻干燥法获得碳化硅纤维复合气凝胶,溶剂热法合成导热增强型SA/多孔碳球/SiC纤维复合相变材料及其在压力传感器与储能方向的应用,主要为:(1)为实现较大规模的一维碳化硅纤维的生产,本文用硅粉和一维碳材料作为硅源和碳源,粉体氧化铁作为催化剂。首先,通过设计工艺制备单质硅核壳结构材料,有效控制气相硅的挥发,通过VLS(气-液-固)机制为导向,在Ar气氛中,通过调节不同合成温度,保温时间,降温速率等条件,系统的研究了 SiC纤维的生长规律,并对其不同结构的一维碳化硅纳米材料进行了相关表征。纤维的产量受原料配比和热处理的温度影响较大;高缺陷结构的竹节状纤维在高温1600℃时,大量形成;纤维的形貌与降温速率有关,当降温速率过快时,气氛中的活性SiO气体快速冷凝,会产生念珠状的SiC纤维材料。同时,对一维碳化硅纤维的合成机理进行了系统的分析,并从热力学和动力学角度阐释了合成工艺过程。(2)以VLS机制为导向,通过化学气相沉积法制备了三种形貌直杆状,竹节状和念珠状的碳化硅纤维,对这三种纤维的结构组成及形貌等进行分析,获得了其相关的热,电学以及光学性能。进行热导率测试时,所得结果分别为25.7 W m-1K-1(直杆状),22.3 W m-1 K-1(竹节状),18.5 W m-1 K-1(念珠状),整体优良的性能归咎于SiC纤维组成的有效导热网络。进行导电性测试时,电导率结果为k=0.157 S.cm-1(直杆状),0.123 S.cm-1(竹节状),1,0.09 S.cm-1(念珠状),同时相应的的电阻率分别为p=6.37 Ω·cm,8.13Ω·cm,11.12 Ω·cm。发现有完美晶型的直杆状SiC纤维获得了最优的导电性。另外,竹节状SiC纤维介电常数实部值介于4.4～4.8,虚部介于1.3～1.5和损耗角位于0.275～0.325左右,相对于直杆状SiC纤维反射损耗RL(-7.0 dB)和念珠状SiC纤维RL(-5.0 dB),反射损耗的RL最小值可以达到-12 dB,具有一定的吸波能力。最后,对其光学性能进行了初步测试,得出纤维受形貌较大影响,大量的缺陷,如孪晶或者层错等以及薄层非晶二氧化硅会影响其光致发光性能,综合得出,竹节状的碳化硅纤维具有最优的光致发光性能。论文中相关研究分析,扩宽了一维SiC纤维在科学各个领域的潜在应用。(3)基于一维碳化硅纤维的优良性能,探究了其在电阻式压力传感器复合材料中的应用。充分利用一维碳化硅纤维和有机纤维材料的高模量特性,以新颖的工艺制备高孔隙率和高比表面的碳化硅气凝胶复合材料,最终通过负载有机导电材料实现压阻效应,为该复合材料在传感器微型化、轻量化方向提供一种新方案。该试验过程以聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)和碳化硅纤维为前驱体,通过静电纺丝工艺和冷冻干燥工艺,制备了碳化硅纤维气凝胶复合材料。该方法合成的复合气凝胶材料具有一定程度的弹性性能,通过计算气孔率可以达到99.24%,在热修饰过程中,试样出现适度的收缩,多孔结构仍保持不变。在低于300℃的条件下,PAN/SiC其凝胶材料几乎没有热重损失,具有良好的抗热解作用,该性能可以使材料具有一定的商业价值。通过在气凝胶中的纤维表面原位复合PANI材料,制备了三维多孔导电复合材料。PANI通过聚合反应后,质量增加400%,仍保持较低的体积密度为0.211 g/cm3。同时,制备的PAN/SiC/PANI复合材料的气孔率为76.44%,其电导率值为0.013 S·m-1。由于材料具有特殊的多孔结构和导电性能,可作为良好的压力传感性器件,在压力测试条件下,阻值随着压力的增加呈负相关。基于该复合材料的瞬态效应和微压力在响应时间和压力敏感测试的良好表现。(4)相变材料(PCM)在发生相变的期间能够储存和释放大量潜热,进而能够高效储能与释放出潜热,是存储潜热热能过程中的重要基础环节。但相变材料在储能和释放能量过程,较高的热阻抗会影响传热效率。与有机的相变材料相比,一维碳化硅纤维具有较好的热导率,对提升体系的导热率具有较好的作用。在碳化硅纤维表面原位合成得到相变储能载体,进一步降低材料的界面热阻,并充分利用纳米材料的高比表面特性,提高相变载体的有效负载量,实现更好的热传输效率。本文基于一维碳化硅纤维高热导率特性,作为传热介质,通过水热法在其外层包覆多孔纳米碳球,获得多孔碳球/SiC纤维复合材料,并以其为载体,利用物理吸附法将相变材料十八醇负载于载体中,最终制备得到十八醇/多孔碳球/SiC纤维复合相变材料。在载体材料多孔碳球/SiC纤维中,具有较强毛细管力的多孔碳可吸收十八醇相变材料到多孔碳球的纳米孔道中,孔道的存在有利于芯材分子链的自由结晶,从而获得高储能效率;同时存在于芯材十八醇与多孔碳球的界面处的化学键氢键以及孔道内的毛细作用力,对于熔融的十八醇能够起到高效的定形作用;其中一维碳化硅纤维提升了整个复合材料的热导率,提升幅度在71%和62%;且十八醇/多孔碳球/SiC纤维复合相变材料在300次循环后仍然保持优良的储热性能制备。