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本论文研究了含铁聚硅氮烷的两种合成方法,探讨了其裂解行为和产物的磁性能,并作为原料制备了Si3N4和SiO2纳米线。主要工作及结果如下:
1)采用氯硅烷(共)氨解的方法合成了全氢聚硅氮烷(PHPS)和含乙烯基聚硅氮烷(PVSZ),并用FT-IR、NMR和元素分析等手段对产物进行了表征。通过TGA研究了PHPS和PVSZ的热分解与陶瓷产率。结果表明:聚硅氮烷的结构和预交联处理对前驱体的陶瓷产率有很大影响。两种聚硅氮烷将用作后续合成含铁聚硅氮烷的原料。
2)在实验室前期工作的基础上,对六甲基环三硅氮烷衍生物的合成进行了研究,并通过改进的方法从六甲基环三硅氮烷衍生物出发,通过其锂盐与FeCl3进行缩合反应制备了含铁聚硅氮烷;同时也采用小分子Fe的硅氨基化合物与聚硅氮烷反应的新途径成功合成了含铁聚硅氮烷。运用。FT-IR、NMR等手段对产物进行了表征,结果表明,两种方法均能制备含铁聚硅氮烷,且改进的合成方法控制产物的支化度较以前容易,而采用小分子Fe的氨基化合物与聚硅氮烷反应的新途径则能从根本上解决聚硅氮烷分离提纯的问题。
3)采用TGA研究了PSZI-I系列含铁聚硅氮烷的热解行为,结果表明:前驱体本身的结构、前期预交联与否、裂解气氛和升温速率是影响前驱体陶瓷产率的四个基本因素;且含铁聚硅氮烷的裂解行为与普通聚硅氮烷的是基本一致的。对裂解所得Fe/Si/C/N陶瓷产物的组成结构及磁性能进行了表征,结果表明:在900℃以下,α-Fe是裂解产物Fe/Si/C/N陶瓷中唯一的磁晶;通过调节陶瓷前驱体中Fe的含量和裂解温度,可以灵活调控所得陶瓷的饱和磁化强度;而且氮气气氛中500℃下所得陶瓷产物具有超顺磁性。
4)采用PSZI-Ⅱ含铁聚硅氮烷为唯一原料,分别在高纯N2和纯Ar裂解气氛中1300℃下通过简单高温裂解的方法制备了产率较高的晶态Si3N4纳米线和无定型的SiO2纳米线,并通过XRD、SEM、HRTEM和EDX等对所得纳米线进行了较详细的表征。结果表明,α-Si3N4纳米线的生长机理完全符合VLS生长机理。而各种形貌,特别是具有螺旋结构SiO2纳米线的生长机理是基于VLS机理上的,其生长过程可以看作一个非常复杂的协同作用的结果。