中国粉体网讯 水稻作为我国的主要粮食作物，每年产生大量的稻秆和稻壳等农业副产物。然而，这些副产物的综合利用率并不高，往往被焚烧或作为饲料和生物能源使用，其附加值相对较低。同时，焚烧处理还会对环境造成污染。因此，如何高效地利用这些农业副产物，成为了一个亟待解决的问题。
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水稻新价值！武汉科研团队成功提取出纳米碳化硅
10月9日，武汉科技大学材料学部“志同‘稻’合”学生团队采用低温镁热技术，从稻秆、稻壳中提取制作一种半导体材料——纳米碳化硅，颗粒尺寸可细达30nm，纯度达99.99%，使稻壳附加值提升9倍以上。这一创新成果不仅为农业副产物的高附加值利用开辟了新的途径，也为半导体材料的生产提供了新的思路。
团队负责人韦奕麒和碳化硅产品 学校供图
该团队从2021年起开始研究碳化硅，团队负责人韦奕麒曾带领团队成员赴各地农村进行调研，他们发现，农业副产物堆积严重，综合利用率不足50%。经过对30余种农业副产物检测后发现，水稻中氧化硅含量高，粒度均匀，是制备纳米碳化硅的理想原料。然而，如何从稻秆和稻壳中低温便捷地合成纳米碳化硅，并控制其尺寸形态，是技术上的难点。
目前，国内外工业常用碳热还原法制备纳米碳化硅，但这种制备方法温度高达1600℃~2200℃，能耗大且纯度低，转化工艺也相对复杂。针对这些问题，该团队利用稻秆和稻壳中的天然纳米氧化硅与碳反应，转化为颗粒均匀的纳米碳化硅产品。在反应过程中，团队自研了低温镁热技术和动态热量控制技术，成功突破了镁热过程因局部高温引起的纳米碳化硅烧结问题，从而保障了颗粒尺寸的细小和均匀。
据介绍，团队曾在乡村开展试点工作，面向农户以高于市场100%的价格收购稻壳，并采用低温工艺生产高纯度纳米碳化硅产品，三年可为企业新增营业额1000万元以上。当前项目已完成中试阶段，正在和企业开展战略合作进行产品试用，团队计划在各村镇建立农业副产物原料加工基地，助农增收。
纳米碳化硅的潜在应用
近年来，碳化硅纳米颗粒的合成受到了广泛的关注，各种碳化硅纳米颗粒的合成方法层出不穷。目前，大多数碳化硅纳米颗粒的合成研究都是在实验室水平上进行的，规模化生产面临着许多挑战。尽管大多数市售SiC是通过燃烧合成和碳热还原法制备的，但由于团聚问题，商业化合成SiC纳米颗粒很困难。液体法中的化学刻蚀和脉冲激光烧蚀可以合成纯度高、分散性好的SiC纳米粒子，但由于产品收率较低，无法实现批量生产。因此，目前市售的高纯SiC纳米颗粒主要采用CVD法生产。CVD法的反应物价格昂贵，因此其制备成本较高，导致SiC纳米颗粒的价格较高。
纳米碳化硅材料因具有耐磨、耐腐蚀、强度高、高热导等优良的物理与化学性质而备受关注，可用于芯片制造、高端陶瓷等，全球碳化硅产量供不应求。此外，在过去的几十年里，研究人员在探索纳米SiC实际应用方面做出了巨大的努力。
1.复合材料
基体材料中加入纳米晶须、纳米粒子、纳米纤维等可以明显的提高材料的力学性能和抗氧化性能。而纳米SiC因其具有弹性模量高、强度高、热稳定性好以及耐腐蚀优良等特性，被认为是复合材料最理想的补强增韧剂，可广泛用于聚合物复合材料、金属基复合材料以及C/C复合材料。
2.场发射体
场发射是一种在强外电场作用下固体中的电子从阴极表面逸出的现象。SiC在恶劣的条件下具有高的抗氧化性和热稳定性，可以承受高的电流密度。因此，在场发射阴极材料领域中有很好的应用潜力。
3.传感器
SiC纳米线具有较大的比表面积，其电导率对于其表面电子状态的改变十分敏感。这使得SiC纳米线在传感器等方面有较大的前景。当然，与金刚石NPs中荧光成像和在传感中广泛的应用相比，SiC NPs在这些领域的应用仍处于起步阶段。
4.超级电容器
SiC具有高熔点、优异的力学性能、高温稳定性和耐腐蚀性等优点，其纳米材料常被用作高温结构材料的纳米增强相。考虑到SiC纳米材料的大比表面积和优异的化学稳定性等特点，近些年其被广泛用于超级电容器领域，特别是作为应用于恶劣应用环境下的储能材料。
5.吸波材料
纳米SiC是一种理想的高温轻质吸波材料，它可以产生介电损耗从而吸收电磁波，同时还具有化学和力学性能稳定、密度小、比表面积大的优点。因此，SiC纳米材料可在极端条件下使用，在吸波领域的发展前景巨大。
来源：
汪涵等：纳米碳化硅的制备与应用研究进展
半导体封装技术全链：探解SiC 纳米颗粒的合成之路
长江云新闻
（中国粉体网编辑整理/空青）
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