SiCN聚合物先軀體陶瓷導(dǎo)電性能調(diào)控及構(gòu)效關(guān)系研究.pdf

1、聚合物先軀體陶瓷為一種新型的陶瓷材料，具有非常獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，在高溫微傳感器、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）、儲(chǔ)能材料等方面具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)研究意義。由于聚合物先驅(qū)體陶瓷的導(dǎo)電性是制備壓力傳感器和溫度傳感器的重要基礎(chǔ)，因此，關(guān)于聚合物先驅(qū)體導(dǎo)電性能的調(diào)控及導(dǎo)電機(jī)理的研究具有必要性和重要性。
　　本課題以聚氮硅烷（PSN）為原料制備聚合物先驅(qū)體陶瓷（SiCN），通過(guò)成分、溫度以及熱處理方式的改變來(lái)調(diào)控聚合物先驅(qū)體陶瓷導(dǎo)電性，并

2、研究成分-結(jié)構(gòu)-電性能關(guān)系。第一部分，研究二乙烯基苯（DVB）含量對(duì)聚合物先驅(qū)體微結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性的影響，設(shè)計(jì)DVB含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0、10％、20%、30%、50%。第二部分，熱處理溫度對(duì)SiCN先驅(qū)體陶瓷導(dǎo)電性、壓阻特性及微結(jié)構(gòu)的影響，其中選取20 wt%DVB的陶瓷樣品結(jié)構(gòu)-性能進(jìn)行了詳細(xì)的表征與分析。第三部分，利用微波的選擇性加熱和即時(shí)性加熱的特點(diǎn)對(duì)SiCN先驅(qū)體陶瓷進(jìn)行后處理，研究微波后處理對(duì)其導(dǎo)電性及微結(jié)構(gòu)的影響。其中性能測(cè)試

3、主要包括室溫電導(dǎo)率和壓力-電阻變化；成分、結(jié)構(gòu)等表征包括：物相分析（XRD）、成分分析、拉曼光譜以及X光電子能譜分析等等。
　　研究結(jié)果表明，DVB的加入能夠有效地調(diào)控SiCN先驅(qū)體陶瓷的導(dǎo)電性，隨著DVB含量的增加及熱處理溫度的提高導(dǎo)電性逐漸增大。X射線衍射表明SiCN先驅(qū)體陶瓷在熱處理溫度為1500℃時(shí)未出現(xiàn)明顯結(jié)晶，表明DVB修飾的SiCN陶瓷具有良好的抗結(jié)晶性能；拉曼光譜顯示出聚合物先驅(qū)體陶瓷的典型特征峰D峰和G峰，結(jié)果表

4、明是否含有DVB對(duì)拉曼峰有明顯影響，而DVB含量多少對(duì)拉曼峰影響微弱，即存在DVB有利于促進(jìn)游離碳有序化，隨著DVB含量的增加游離碳含量也增加增加，但DVB含量對(duì)游離碳有序度、大小影響微弱；壓阻測(cè)試表明SiCN先驅(qū)體陶瓷的壓阻性隨著DVB含量的增加而增強(qiáng)；結(jié)合拉曼分析和壓阻性能測(cè)試結(jié)果，可以推斷DVB含量對(duì)聚合物先驅(qū)體陶瓷的導(dǎo)電性的影響，主要是由于游離碳含量變化（大小不變）導(dǎo)致游離碳間距離變化，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)電場(chǎng)變化引起的。
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5、%DVB-SiCN聚合物先驅(qū)體陶瓷的電導(dǎo)率隨著后處理溫度的增大而提高很多，1500℃熱處理的樣品導(dǎo)電率提高了近4個(gè)數(shù)量級(jí)，主要是由于隨著熱處理溫度的提高，游離碳相不僅有序度增大了，而且游離碳區(qū)間的距離也變小，內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)所致。
　　同樣溫度下，微波后處理SiCN聚合物先驅(qū)體陶瓷的電導(dǎo)率與傳統(tǒng)熱處理相比有明顯提高，微波熱處理1000℃的電導(dǎo)率比傳統(tǒng)熱處理提高了近40倍。進(jìn)一步的Raman和XPS分析，發(fā)現(xiàn)微波熱處理后SiCN聚合物先驅(qū)

6、體陶瓷的電導(dǎo)率增大的原因主要是由于微波與先驅(qū)體陶瓷的游離碳發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用引起游離碳由sp3雜化向sp2雜化轉(zhuǎn)變，使電導(dǎo)率增加。
　　綜上所述， DVB含量、熱處理溫度以及微波后處理等方式都能夠?qū)iCN聚合物先驅(qū)體陶瓷的導(dǎo)電性實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)控。深入的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系分析表明，摻雜DVB使先驅(qū)體陶瓷的導(dǎo)電性增加的原因是游離碳含量增多，游離碳彼此間的距離減小，使內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)所致；提高熱處理溫度使先驅(qū)體陶瓷的導(dǎo)電性增加的原因是游離碳相有序