中科院寧波材料技術與工程研究所（寧波材料所）先進核能材料實驗室長期從事聚碳硅烷合成、交聯成型及SiC陶瓷與SiC陶瓷基復合材料的轉化。日前，該所整理了發表在國際學術期刊上應對富余碳的相關研究成果，可分別提升陶瓷熱導率、電導率以及產率。

先驅體聚碳硅烷制備SiC陶瓷具有諸多優點，如可通過對有機先驅體進行結構設計調控SiC陶瓷的組分與功能、可利用現有的高分子加工技術獲得不同形態的SiC陶瓷材料（包括纖維、涂層、多孔結構等）、可采用先驅體浸漬-裂解工藝（PIP）制備纖維增韌的SiC陶瓷基復合材料等，已成為繼傳統的粉末成型工藝后制備SiC陶瓷的重要方法之一。但是聚碳硅烷結構中含有富碳的基團，所以由其轉化的SiC陶瓷將富余碳，其分布在SiC晶粒周圍并獨立存在，又被稱為“自由碳”，會嚴重影響陶瓷結晶性、耐高溫氧化性、機械性能、導電性能、電磁性能等。目前先驅體聚碳硅烷制備SiC陶瓷的碳含量調控方法主要包括聚碳硅烷結構調控和氣相熱解法，結構調控會導致陶瓷產率降低，氣相熱解受限于氣體的擴散和滲入，主要適用于纖維、微粉等細微材料。

 (a) 聚碳硅烷轉化SiC (b) 聚碳硅烷+納米Si轉化SiC

采用聚碳硅烷與納米Si復合，隨著石墨層狀結構的減少或消失，SiC晶粒尺寸增大，能相應提高轉化的SiC的熱導率，而且納米Si還能捕捉聚碳硅烷裂解的氣體小分子，從而提高陶瓷產率。

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

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

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

編譯整理 YUXI