《微波輔助聚合物先驅體陶瓷結構、性能調控機理》是依託鄭州大學，由邵剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微波輔助聚合物先驅體陶瓷結構、性能調控機理
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：邵剛
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聚合物先驅體陶瓷具有突出的抗氧化/腐蝕性、高溫熱穩定性和多功能性，在航空航天、國防及能源等領域套用廣泛，是目前國際研究的熱點和重點。本項目擬以SiAlBCN為研究對象，通過控制化學合成、交聯固化、低溫熱解及高溫微波熱處理等工藝參數，實現其微結構和性能的調控。研究重點為：（1）通過化學合成實現Al、B共摻及相關工藝參數調整，同時獲得優越的抗氧化/腐蝕性和高溫熱穩定性以及一系列成分，電、介電性能的樣品。（2）利用微波加熱的選擇性和即時性，調整工藝參數，實現對SiAlBCN陶瓷非晶基體和游離碳的不同步加熱，了解單獨一相結構演變規律及其對性能的影響。（3）實現外場（溫度場和應力場）作用下SiAlBCN陶瓷電、介電性能測試，分析結構-性能關係。通過對結構演變規律、結構-性能關係及影響因素的深入、系統研究，闡明機理，為設計新型先驅體陶瓷，開發新型高溫陶瓷感測器提供理論依據和技術指導。
結題摘要
聚合物先驅體陶瓷（PDCs）具有突出的抗氧化/腐蝕性、高溫熱穩定性和多功能性，在航空航天、國防及能源等領域具有重要套用價值。本項目以解決PDCs導電性提高與高溫材料晶化的矛盾為出發點。針對PDCs特殊的結構特點，非晶SiCN基體和游離碳，利用二者對微波回響敏感性不同等特點，實現了PDCs結構、性能的微波輔助調控，並通過XRD、Raman、XPS以及阻抗分析等手段探究了相關機理。主要研究結果如下：（1）通過化學合成、熱解溫度等工藝參數最佳化實現PDCs結構和導電性的調控。結果表明PDCs的導電性隨熱處理溫度的升高而提高，這主要與游離碳的有序度提高有關；Al的引入使SiCN先驅體陶瓷對熱處理溫度的敏感性大大降低，且含Al的SiCN先驅體陶瓷的激活能（5.1ev）比純SiCN（3.6ev）大很多，這可能是由於Al引入的同時，含氧量的也增加了，形成一定數量的C-O鍵，使游離碳對溫度更為穩定；（2）壓力-電阻（壓阻）測試表明隨著碳含量的增加，PDCs的壓阻特性越發明顯，其主要原因是隨著碳含量的增加（但碳疇的大小基本不變）單位體積內碳疇數量增加，碳疇間距變小，在壓力作用下更容易達到滲析-遂穿閥值，所以壓阻特性更明顯；（3）溫度電阻及交流阻抗分析表明，在不同測試溫度及不同測試頻率下，聚合物先驅體陶瓷均遵循同一個導電機制，導電率與T-1/4成正比，最後確定導電機制是帶尾態跳躍（Band tail hopping, BTH）；（4）介電測試（溫度-介電、壓力-介電）表明PDCs具有明顯的介電馳豫現象和界面極化效應，介電常數和介電損耗表現出強烈的溫度和壓力依賴特性，對於後續開發無線溫度和無線壓力感測器具有重要指導意義；（5）微波輔助熱處理結果表明，同樣條件下（1000℃，30分鐘）微波熱處理樣品的電導率比傳統熱處的提高近40倍，且未引起明顯結晶。Raman與XPS分析表明，微波熱處理導致游離碳發生明顯的sp3向sp2轉變，使材料導電性大幅提高，驗證了申請書中利用微波實現游離碳和非晶基體不同步加熱的構想。
