一种纳米光纤及其制备方法与流程

本发明属于光纤通信，具体涉及一种纳米光纤及其制备方法。

背景技术：

1、光纤通信技术发展对整个电信网和信息业产生了深远的影响,它的演变和发展结果将在很大程度上决定电信网和信息业的未来大格局。光通信的发展在于元器件的发展,而元器件的发展要从材料上进行革命。普通光纤具有25thz的带宽,其传输容量非常巨大,但是,目前光纤通信系统的传输速率远远低于25thz的容量。要实现高速光通信,突破"瓶颈效应"问题。现有材料都不能很好的满足这种要求,而纳米技术的应用研究表明可以突破传统极限,使微电子和光电子的结合更加紧密,光电器件的性能大大提高。

2、自科学界在1991年发现了碳纳米管物质以来,科学家们一直都在希望能制造出由碳纳米管组成的纳米光纤材料。纳米光纤阵列预测具有高韧性，强度和高硬度，在水下光缆，智能防弹衣，单色光传输的应用上具有很大的潜力。由于碳原子之间的排列紧密性,使得单个的碳纳米管已经成为世界上韧性最强的物质之一。但如何将单个的碳纳米管编织到已有的光纤材料之中去却成为了困扰科学家们的一个巨大难题。已有的光纤制备技术主要有以下几种：(1)激光消融方法制成的晶体半导体纳米线这种方法合成的单晶体硅和锗光波导,直径范围分别达到6-20nm,长度范围在1-30um。但它的表面粗糙度和直径均匀性都很差,这就导致这种半导体纳米线的损耗极大。(2)典型硅材料微米纳米尺寸器件的制作方法包括平版印刷术和蚀刻术。这些过程非常的昂贵,而且它们的分解过程受到限制,制备过程缓慢。(3)光子晶体光纤激光加热一步拉伸法，这种方法制备的小直径光子晶体光纤,虽然内径达到了纳米级,但总体尺寸却达不到纳米级要求。(4)氧化硅光纤火焰加热两步拉伸法，该方法需引入尖端直径大约80μm的锥形蓝宝石棒,该方法的缺点是第一步中光纤拉伸达到的尺寸不易确定，第二步中光纤很难缠绕到蓝宝石棒上。因此实验具体实施起来比较困难。以上制备方法都只能在显微镜下进行单根或多根纳米纤维的制备，无法得到均匀的纳米光纤阵列。

技术实现思路

1、针对以上现有技术中纳米光纤制备中存在的问题，本发明的具体实施方式提供一种尺寸均匀的纳米级纳米光纤及其制备方法，具体方案如下：

2、一种纳米光纤的制备方法，包括以下步骤：

3、s1：包覆步骤，由硅源物质与包括碳纳米管的碳源物质反应在所述碳纳米管表面形成碳化硅包覆层；

4、s2：氧化步骤，将包覆步骤后的碳纳米管进行氧化反应，使所述碳化硅氧化为氧化硅；

5、s3：清洗步骤，将氧化步骤后的碳纳米管清洗，获得所述纳米光纤。

6、可选的，所述包覆步骤后的碳纳米管为碳纳米管阵列。

7、可选的，在外力作用下，采用电加热或者高压电弧方式瞬时升温，将具有碳化硅包覆层的碳纳米管形成所述碳纳米管阵列。

8、可选的，所述s1步骤中，由硅源物质、碳纳米管和树脂在所述碳纳米管的表面形成具有硅源物质的树脂包覆层，然后在1300-1500℃的温度下，在惰性气氛或者具有碳源气体的惰性气氛中形成所述碳化硅包覆层。

9、可选的，所述树脂为热固性树脂。

10、可选的，所述热固性树脂为酚醛树脂。

11、可选的，以重量份计，所述硅源物质为4～6重量份，碳纳米管为2～3重量份，树脂为50～60重量份。

12、可选的，所述碳源气体为乙炔。

13、可选的，所述硅源物质为硅粉或硅藻土。

14、可选的，所述s2步骤中，在氧气氛下，采用电加热或者高压电弧方式，使温度达到1300～1500℃进行所述氧化。

15、可选的，所述s3步骤中，采用硝酸溶液进行所述清洗。

16、一种纳米光纤，所述纳米光纤由以上制备方法制备获得。

17、一种上述的纳米光纤在信息传输、催化或传感器中的应用。

18、本发明具体实施方式的纳米光纤的制备方法，通过以碳纳米管为模板，由硅源物质在所述碳纳米管上反应形成碳化硅包覆层，然后氧化形成氧化硅纳米光纤，所述制备方法制备获得的纳米光纤直径可降低到20～100nm，并且均匀度高。

技术特征：

1.一种纳米光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述包覆步骤后的碳纳米管为碳纳米管阵列。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在外力作用下，采用电加热或者高压电弧方式瞬时升温，将具有碳化硅包覆层的碳纳米管形成所述碳纳米管阵列。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1步骤中，由硅源物质、碳纳米管和树脂在所述碳纳米管的表面形成具有硅源物质的树脂包覆层，然后在1300-1500℃的温度下，在惰性气氛或者具有碳源气体的惰性气氛中形成所述碳化硅包覆层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述树脂为热固性树脂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热固性树脂为酚醛树脂。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，以重量份计，所述硅源物质为4～6重量份，碳纳米管为2～3重量份，树脂为50～60重量份。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳源气体为乙炔。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅源物质为硅粉或硅藻土。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s2步骤中，在氧气氛下，采用电加热或者高压电弧方式，使温度达到1300～1500℃进行所述氧化。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s3步骤中，采用硝酸溶液进行所述清洗。

12.一种纳米光纤，其特征在于，所述纳米光纤由权利要求1～11中任意一种制备方法制备获得。

13.一种权利要求12所述的纳米光纤在信息传输、催化或传感器中的应用。

技术总结本发明的具体实施方式提供一种纳米光纤及其制备方法，所述制备方法通过以碳纳米管为模板，由硅源物质在所述碳纳米管上反应形成碳化硅包覆层，然后氧化形成氧化硅纳米光纤，所述制备方法制备获得的纳米光纤直径可降低到20～100nm，并且均匀度高。技术研发人员：杨薇,姜丽丽,杨卉娟,刘磊,虞再道,杨樾受保护的技术使用者：上海时代之光照明电器检测有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11