中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所（寧波材料所）先進(jìn)核能材料實驗室長期從事聚碳硅烷合成、交聯(lián)成型及SiC陶瓷與SiC陶瓷基復(fù)合材料的轉(zhuǎn)化。日前，該所整理了發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊上應(yīng)對富余碳的相關(guān)研究成果，可分別提升陶瓷熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率以及產(chǎn)率。

先驅(qū)體聚碳硅烷制備SiC陶瓷具有諸多優(yōu)點，如可通過對有機(jī)先驅(qū)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計調(diào)控SiC陶瓷的組分與功能、可利用現(xiàn)有的高分子加工技術(shù)獲得不同形態(tài)的SiC陶瓷材料（包括纖維、涂層、多孔結(jié)構(gòu)等）、可采用先驅(qū)體浸漬-裂解工藝（PIP）制備纖維增韌的SiC陶瓷基復(fù)合材料等，已成為繼傳統(tǒng)的粉末成型工藝后制備SiC陶瓷的重要方法之一。但是聚碳硅烷結(jié)構(gòu)中含有富碳的基團(tuán)，所以由其轉(zhuǎn)化的SiC陶瓷將富余碳，其分布在SiC晶粒周圍并獨(dú)立存在，又被稱為“自由碳”，會嚴(yán)重影響陶瓷結(jié)晶性、耐高溫氧化性、機(jī)械性能、導(dǎo)電性能、電磁性能等。目前先驅(qū)體聚碳硅烷制備SiC陶瓷的碳含量調(diào)控方法主要包括聚碳硅烷結(jié)構(gòu)調(diào)控和氣相熱解法，結(jié)構(gòu)調(diào)控會導(dǎo)致陶瓷產(chǎn)率降低，氣相熱解受限于氣體的擴(kuò)散和滲入，主要適用于纖維、微粉等細(xì)微材料。

 (a) 聚碳硅烷轉(zhuǎn)化SiC (b) 聚碳硅烷+納米Si轉(zhuǎn)化SiC

采用聚碳硅烷與納米Si復(fù)合，隨著石墨層狀結(jié)構(gòu)的減少或消失，SiC晶粒尺寸增大，能相應(yīng)提高轉(zhuǎn)化的SiC的熱導(dǎo)率，而且納米Si還能捕捉聚碳硅烷裂解的氣體小分子，從而提高陶瓷產(chǎn)率。

(a) 鎳系化合物催化聚碳硅烷中自由碳轉(zhuǎn)化碳納米管 (b) 碳納米管形成機(jī)理

通過向聚碳硅烷中引入鎳，在熱解階段，金屬Ni轉(zhuǎn)化為Ni₂Si，從而催化了碳納米管CNT的形成，這有利于提高SiC陶瓷的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。

相關(guān)論文：Silicon, 2025, https://doi.org/10.1007/s12633-025-03245-3

編譯整理 YUXI