[发明专利]一种硅碳复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种硅碳复合材料，其特征是：所述的硅碳复合材料是一种网状结构包覆纳米级的硅的硅碳复合材料，所述的网状结构是指由碳纤维相互缠结形成的结构疏松、内部具有均匀的三维孔洞的结构层，所述的纳米级的硅均匀分散在网状结构的空隙中。

2.根据权利要求1所述的一种硅碳复合材料，其特征在于，所述的纳米级的硅的平均直径为50～500nm。

3.根据权利要求1所述的一种硅碳复合材料，其特征在于，所述的网状结构的厚度为0.05～2um；所述碳纤维的平均直径为50～300nm。

4.根据权利要求1所述的一种硅碳复合材料，其特征在于，所述的碳纤维由细菌纤维素纤维热解碳化而得。

5.如权利要求1所述的一种硅碳复合材料的制备方法，其特征是包括以下具体步骤：

（1）将细菌纤维素打浆，制备成均匀的细菌纤维素浆料；

（2）取部分细菌纤维素浆料，将一定量的纳米级的硅加入到该细菌纤维素浆料中，并加入一定量的表面活性剂，混合均匀，制得含硅细菌纤维素浆料；其中，所述的一定量的硅是指硅为细菌纤维素的10～100wt.％；所述的一定量的表面活性剂为硅的20～100wt.％；所述的表面活性剂为曲拉通-100、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或聚乙烯醇；

（3）将所述细菌纤维素浆料与所述含硅细菌纤维素浆料依次倒入布氏漏斗中抽滤并交替铺层叠加，得到含硅的细菌纤维素膜；其中叠加层数为5、7、9或11层，最上层和最下层皆为所述细菌纤维素浆料的铺层，所述细菌纤维素浆料的厚度为0.1～1mm，含硅细菌纤维素浆料层的厚度为0.5～2mm；

（4）将上步得到的含硅的细菌纤维素膜在保护气氛中碳化处理，使细菌纤维素纤维全部热解碳化形成碳纤维，即得到所述的硅碳复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米级的硅的平均直径为50～500nm；步骤（2）将硅与细菌纤维素浆料混合时采用搅拌并配合使用超声分散的方法，使硅均匀地分散在浆料中，同时防止硅的团聚。

7.根据权利要求5所述的一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碳化处理是将含硅的细菌纤维素膜移入石英管并置于管式炉中，通入惰性气氛保护，以5～20℃/min的升温速率进行升温，直至炉体温度为600～900℃；保温1～4h后，细菌纤维素纤维热解碳化形成碳纤维；其中保护气氛为氩气或5％氢气与95％氩气的混合气体。

8.如权利要求1所述的一种制备硅碳复合材料的制备方法，其特征是包括以下具体步骤：

（1）将细菌纤维素用打浆机打浆，制备成均匀的细菌纤维素浆料；

（2）将一定量的纳米级的硅加入到该细菌纤维素浆料中，并加入一定量的表面活性剂，混合均匀，制得含硅细菌纤维素浆料；其中，所述的一定量的硅是指硅为细菌纤维素的10～100wt.％；所述的一定量的表面活性剂为硅的20～100wt.％；所述的表面活性剂为曲拉通-100、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或聚乙烯醇；

（3）将所述含硅细菌纤维素浆料放入冰箱中-15℃冷冻12～36h后，冷冻干燥12～48h，得到干燥的含硅细菌纤维素；冷冻干燥既可以排出细菌纤维素膜中的水分，又可以保证细菌纤维素的空间结构不被破坏；

（4）将上步得到的含硅细菌纤维素在保护气氛中碳化处理，使细菌纤维素纤维全部热解碳化形成碳纤维，即得到所述的硅碳复合材料。

9.根据权利要求8所述的一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米级的硅的平均直径为50～500nm；步骤（2）将硅与细菌纤维素浆料混合时采用搅拌并配合使用超声分散的方法，使硅均匀地分散在浆料中，同时防止硅的团聚。

10.根据权利要求8所述的一种硅碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碳化处理是将含硅的细菌纤维素移入石英管并置于管式炉中，通入惰性气氛保护，以5～20℃/min的升温速率进行升温，直至炉体温度为600～900℃；保温1～4h后，细菌纤维素纤维热解碳化形成碳纤维；其中保护气氛为氩气或5％氢气与95％氩气的混合气体。