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CN110028070A - 单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维及其制备方法和应用 Download PDF

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CN110028070A CN201910383901.6A CN201910383901A CN110028070A CN 110028070 A CN110028070 A CN 110028070A CN 201910383901 A CN201910383901 A CN 201910383901A CN 110028070 A CN110028070 A CN 110028070A
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Abstract

本发明提供一种单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维及其制备方法和应用，其制备方法包括以下步骤：(1)将碳源与白炭黑进行湿法均匀混合，其中碳源中C与白炭黑中SiO2的摩尔比为(3‑4):1，反应后干燥后得到前驱体；(2)将步骤(1)得到的前驱体在气氛加热炉中，在1400‑1600℃碳热还原反应1‑4 h，得到粗产品；(3)将步骤(2)得到的粗产品采用酸洗浸泡和液固分离的方法去除杂质，干燥后得到单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。本发明属于纳米材料领域，工艺流程短，所需设备和操作简单，可以实现高性能纳米纤维增强相材料的规模化制备，具有很好的工业化前景。利用本发明所制备的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维可以用陶瓷材料、高分子材料或者金属材料的增强增韧相。

Description

单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米新材料发明领域，涉及一种单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法和应用。
背景技术
SiC纤维是一种常见的耐高温材料和增强材料，其常温和高温力学性能都十分有益，在各种复合材料中应用广泛。研究者们开发了一系列工艺来制备纤维状SiC，例如碳热还原法，化学气相沉积法（CVD），电弧放电法，硅烷有机物分解法、激光烧蚀反应法、溶剂热反应法、镁热还原法等。然而这些方法的推广应用也面临一些限制：化学气相沉积法设备复杂，流程长，原料纯度要求高；电弧放电法和激光烧蚀法设备昂贵；硅烷有机物分解法原料毒性大；溶剂热反应法和镁热还原法产品纯度低，工艺重复性差。相比而言，碳热还原法由于其高产率、低成本和易操作等特点被认为是最经济可行的。简而言之，碳热还原反应是使用碳源在高温下还原SiO2制备SiC。尽管近年来对碳热还原法制备SiC的研究取得了很多重要的进展，从工业角度来看，进一步完善SiC纤维的制备工艺和提高产品性能仍然存在很大的空间。
SiC单晶纤维晶格内部缺陷很少，它具有相当好的抗高温性能、强度和韧性。石墨烯是近年来最受关注的二维材料，其不仅是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0 TPa，固有的拉伸强度为130 GPa。此外，石墨烯与陶瓷材料、高分子材料和金属材料都具有非常好的相容性和匹配性，且其拥有像石墨一样的层间滑移性能，可以改善SiC纤维和各种基体之间的接触界面性能。
目前已经有研究指出，SiC粉末在高温环境中，其表面的Si原子由于活性比较高会率先挥发出去，残留的C原子在高温条件下经过自组装过程可以形成结构良好、包覆均匀的石墨烯薄膜。如若可以制备得到单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维，应用在多种复合材料中（陶瓷基、高分子基、金属基等）均可以具备非常优异的增强增韧效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，该制备方法工艺流程短，所需设备和操作简单，可以实现高性能纳米纤维增强相材料的规模化制备，具有很好的工业化前景。
本发明还提供一种单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
本发明还提供单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的应用，主要在复合材料中增强增韧相方面的应用。
为达到以上发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳源与白炭黑进行湿法均匀混合，其中碳源中C与白炭黑中SiO2的摩尔比为(3-4):1，反应后干燥后得到前驱体；
(2)将步骤(1)得到的前驱体在气氛加热炉中，在1400-1600℃碳热还原反应1-4 h，得到粗产品；
(3)将步骤(2)得到的粗产品采用酸洗浸泡和液固分离的方法去除杂质，干燥后得到单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
优选地，步骤(1)所述碳源选用活性炭、炭黑或二者的任意混合。
优选地，步骤(1)中所述白炭黑为SiO2含量大于99%的纳米粉末；所述白炭黑的平均粒径小于100 nm；所述白炭黑的比表面积大于200 m2/g。
优选地，步骤(1)中所述湿法均匀混合采用湿法球磨，湿法球磨的液相为水，液固体积质量比为10-50 mL/g；同时添加0.2-0.5 mg/mL分散剂，所述分散剂选用六偏磷酸钠或羧甲基纤维素。
优选地，湿法球磨的球磨介质为碳化硅球，球料质量比为5-50；湿法球磨的转速为200-600 rpm，球磨时间为10-60 min。
优选地，湿法球磨后的浆料进行干燥（采用烘干、冷冻干燥或者真空干燥都可），干燥后的前驱体的含水量小于1 wt%。
优选地，步骤(2)所述碳热还原反应在10-4-10-3 Pa气压下惰性气体气氛中进行；所述惰性气体选用氩气。
优选地，步骤(3)采用酸洗浸泡和液固分离去除杂质过程如下；
粗产品用质量分数为5-40 %的氢氟酸溶液，在10-40℃条件下浸泡30-120 min，酸溶液和粗产品的液固体积质量比为3-10 mL/g；
酸洗去除未反应的SiO2，同时浮选去除未反应的杂质C，再进行液固分离，分离后采用水或者酒精对分离的固体反复洗涤，之后在50-100℃下干燥至含水量小于1wt%，即得到单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
上述制备方法制得的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
上述单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维在陶瓷材料、高分子材料或者金属材料的增强增韧相方面的应用。
本发明的制备原理如下：
首先发生的是碳化硅晶须的原位成核生长，通过碳热还原反应，白炭黑被碳源还原为碳化硅晶核，碳化硅晶核随后依照V-L-S机理生长为碳化硅单晶纤维；保温过程中碳化硅单晶纤维在炉内高温环境中，其表面的Si原子由于活性比较高会率先挥发出去，残留的C原子在高温条件下经过自组装过程可以形成结构良好、包覆均匀的石墨烯薄膜。
本发明将碳热还原反应，表面Si空位生成与扩散，以及表面C原子自组装等多个材料合成步骤耦合在同一反应器中，且成品具备原位生成的紧密碳化硅/石墨烯异质界面，使成品纳米纤维拥有与陶瓷基体、高分子基体或者金属基体良好的相容性，保证了其增强增韧性能。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用一种原位成核生长的方法，原位生成的紧密碳化硅/石墨烯异质界面，制备的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维具有良好的增强增韧性能。
2、制得的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维直径为100 nm以下，长度可达数十微米。纤维芯部为碳化硅单晶，相比普通多晶或者无定型态纤维力学性能更优；纤维外部壳层为石墨烯，可以保护纤维免受氧化和腐蚀侵蚀，同时增加了纤维的韧性和与坯体的相容性。本发明产品适用作陶瓷材料、高分子材料或者金属材料的新型增强增韧材料。
3、本发明的制备方法简单易行，烧结能耗低，设备要求低，适合于工业化生产。
4、本发明所采用的原料成本和工艺成本低，产品附加值高，具有很好的经济效益。
附图说明
图1是本发明制备单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的工艺流程图（也作摘要附图）；
图2是本发明实施例1制备得到的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的SEM图；
图3是本发明实施例1制备得到的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的HR-TEM图；
图4是本发明实施例1制备得到的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的SAED图；
图5是本发明实施例1制备得到的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
以下实例中原料选用如下：
炭黑选用型号Hi Black 5L, 生产公司LG Chemical Co. Ltd., Republic of Korea；
活性炭选用椰壳活性炭，生产公司Aldrich，球磨为粒径小于100目中国标准筛的粉末；
白炭黑选用Aldrich公司生产的粒径小于100nm的产品；
实施例1
本实施例单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，如图1制备步骤如下：
(1)准备炭黑与白炭黑，按照炭黑中C与白炭黑中SiO2的摩尔比为3:1加入球磨机中，球磨介质为碳化硅，球料质量比选择为5，按照与原料液固体积质量比为10mL/g量加入水调成湿料，向湿料中添加入0.5mg/mL的六偏磷酸钠作为分散剂；湿法球磨的转速为600rpm，球磨时间为10min，得到前驱体在80℃烘箱中进行干燥，干燥至前驱体的含水量小于1wt%。
(2)将步骤(1)得到的前驱体在10-3 Pa氩气气氛，1600℃下碳热还原反应4h，得到粗产品。
(3)将步骤(2)得到的粗产品，按照液固体积质量比为10mL/mg，在40℃的质量分数为5%HF酸溶液中浸泡30 min，刮去表面浑浊层即可去除杂质C后进行液固分离，残余SiO2溶解进酸溶液中，液固分离可去除；液固分离后的固体用水洗涤多遍，得到的固体产物在80℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%，得到的固体产物即为单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
本实施例得到的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的SEM图如图2所示，从图中可以看出，本发明制备得到的为纳米纤维为直线型，长径比较大，表面光滑；
本实施例得到的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的HR-TEM图和SAED图分别如图3和图4所示，其规整的晶格条纹（d=0.25 nm）和碳化硅单晶衍射斑点说明纤维内部为碳化硅单晶结构；
本实施例得到的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的拉曼光谱图如图5所示，在图中可以清楚地看出纤维表面包覆的石墨烯薄膜，可见本发明制备的材料为单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维材料。
实施例2
本实施例单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其具体制备过程如下：
(1)将原料活性炭与白炭黑按照活性炭中C与白炭黑中SiO2的摩尔比为4:1加入球磨机中，球磨介质为碳化硅，球料质量比选择为50，按照与原料液固体积质量比为50mL/g量加入水调成湿料，向湿料中按0.2 mg/mL量添加入六偏磷酸钠作为分散剂；湿法球磨的转速为200 rpm，球磨时间为60 min，得到前驱体在100Pa,80℃真空干燥箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%。
(2)将步骤(1)得到的前驱体在10-4 Pa氩气气氛，1400℃下碳热还原反应4h，得到粗产品。
(3)将步骤(2)得到的粗产品，按照液固体积质量比为3 mL/mg，在10℃的质量分数为5%HF酸溶液中浸泡120 min，刮去表面浑浊层后进行液固分离，残余SiO2溶解进酸溶液中，液固分离可去除；液固分离后的固体用无水酒精洗涤多遍后的固体产物，得到的固体产物在80℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%，即为单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
实施例3
本实施例单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其具体制备过程如下：
(1)将原料活性炭与白炭黑按照活性炭中C与白炭黑中SiO2的摩尔比为3.5:1加入球磨机中，球磨介质为碳化硅，球料质量比选择为25，按照与原料液固体积质量比为25 mL/g加入水调成湿料，向湿料中按0.2 mg/mL添加入羧甲基纤维素作为分散剂；湿法球磨的转速为500 rpm，球磨时间为30 min，得到前驱体在10Pa,-50℃冷冻干燥箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%。
(2)将步骤(1)得到的前驱体在10-4 Pa氩气气氛，1600℃下碳热还原反应1 h，得到粗产品。
(3)将步骤(2)得到的粗产品，按照液固体积质量比为5 mL/mg，在25℃的质量分数为10%HF酸溶液中浸泡60 min，刮去表面浑浊层后进行液固分离，残余SiO2溶解进酸溶液中，液固分离可去除；液固分离后的固体用水洗涤多遍后的固体产物，得到的固体产物在70℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%，即为单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
实施例4
本实施例单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其具体制备过程如下：
(1)将活性炭与白炭黑按照活性炭中C与白炭黑中SiO2的摩尔比为3.2:1加入球磨机中，球磨介质为碳化硅，球料质量比选择为30，按照液固体积质量比为20mL/g加入水，最后加入羧甲基纤维素作为分散剂，添加量为0.5 mg/mL；湿法球磨的转速为300 rpm，球磨时间为15 min，得到前驱体在80℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%。
(2)将步骤(1)得到的前驱体在10-3 Pa氩气气氛，1400℃下碳热还原反应1 h，得到粗产品。
(3)将步骤(2)得到的粗产品，按照液固体积质量比为8mL/mg，在30℃质量分数为15 %HF酸溶液中浸泡45 min，刮去表面浑浊层后进行液固分离，残余SiO2溶解进酸溶液中，液固分离可去除；液固分离后的固体用水洗涤多遍后的固体产物，得到的固体产物在60℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%，即为单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
实施例5
本实施例单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其具体制备过程如下：
(1)将原料活性炭与白炭黑按照活性炭中C与白炭黑中SiO2的摩尔比为3.1:1加入球磨机中，球磨介质为碳化硅，球料质量比选择为35，按照与原料液固体积质量比为40 mL/g加入水调成湿料，向湿料中按0.3 mg/mL量添加入六偏磷酸钠作为分散剂；湿法球磨的转速为400 rpm，球磨时间为50 min，得到前驱体在80℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%。
(2)将步骤(1)得到的前驱体在10-4 Pa氩气气氛，1500℃下碳热还原反应3 h，得到粗产品。
(3)将步骤(2)得到的粗产品，按照液固体积质量比为9 mL/mg，在35℃质量分数为30%HF酸溶液中浸泡35 min，刮去表面浑浊层后进行液固分离，残余SiO2溶解进酸溶液中，液固分离可去除；液固分离后的固体用水洗涤多遍后的固体产物，得到的固体产物在80℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%，即为单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
实施例6
本实施例单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其具体制备过程如下：
(1)将原料活性炭与白炭黑按照活性炭中C与白炭黑中SiO2的摩尔比为3.3:1加入球磨机中，球磨介质为碳化硅，球料质量比选择为45，按照与原料液固体积质量比为35 mL/g加入水调成湿料，向湿料中按0.3 mg/mL量添加入羧甲基纤维素作为分散剂；湿法球磨的转速为450 rpm，球磨时间为25 min，得到前驱体在80℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%。
(2)将步骤(1)得到的前驱体在10-3 Pa氩气气氛，1550℃下碳热还原反应2 h，得到粗产品。
(3)将步骤(2)得到的粗产品，按照液固体积质量比为10 mL/mg，在35℃质量分数为10%HF酸溶液中浸泡90 min，刮去表面浑浊层后进行液固分离，残余SiO2溶解进酸溶液中，液固分离可去除；液固分离后的固体用酒精洗涤多遍后的固体产物在80℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%，即为单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
实施例7
本实施例单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其具体制备过程如下：
(1)取原料活性炭、炭墨与白炭黑，按照活性炭与炭黑中总C与白炭黑中SiO2的摩尔比为3.5:1加入球磨机中，其中活性炭与炭黑中C摩尔比为1：1。球磨介质为碳化硅，球料质量比选择为35，按照与原料液固体积质量比为35 mL/g加入水调成湿料，向湿料中按0.3 mg/mL量添加入羧甲基纤维素作为分散剂；湿法球磨的转速为500 rpm，球磨时间为40 min，得到前驱体在80℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%。
(2)将步骤(1)得到的前驱体在10-3 Pa氩气气氛，1550℃下碳热还原反应3 h，得到粗产品。
(3)将步骤(2)得到的粗产品，按照液固体积质量比为10 mL/mg，在35℃质量分数为10%HF酸溶液中浸泡100 min，刮去表面浑浊层后进行液固分离，残余SiO2溶解进酸溶液中，液固分离可去除；液固分离后的固体用无水酒精洗涤多遍后的固体产物在80℃烘箱中进行干燥，干燥至含水量小于1wt%，即为单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
实施例8
本实施例提供一种单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其中炭源选用活性炭与炭黑两种的混合，活性炭与炭黑中C摩尔比为2：1，其余同实施例7。
对比例1
本实施例提供了纤维材料的制备方法，其具体制备过程如下：
本对比例与实施例1的区别在于，步骤(2)的反应温度为1390℃。
制备过程如下：
(1)将原料炭黑与白炭黑按照摩尔比为3:1加入球磨机中球磨介质为碳化硅，球料质量比选择为5，按照与原料液固体积质量比为10 mL/g加入水得到湿料，向湿料中加入0.5 mg/mL六偏磷酸钠作为分散剂；湿法球磨的转速为600 rpm，球磨时间为10 min得到前驱体。得到前驱体在80℃烘箱中进行干燥，干燥至前驱体的含水量小于1wt%。
(2)将步骤(1)得到的前驱体在10-3 Pa氩气气氛，1390℃下碳热还原反应4 h，得到粗产品。
(3)将步骤(2)得到的粗产品，向粗产品中按照液固体积质量比为10 mL/mg加入质量浓度为5%HF酸溶液，在40℃条件下浸泡30 min，刮去表面浑浊层后进行液固分离，用水洗涤多遍后的固体产物在80℃烘箱中干燥至含水量小于1wt%，即为产物。
对比例1得到的产物，经拉曼光谱测试并没有呈现石墨烯的D，G和2D特征峰，说明反应温度低于1400 ℃时，无法形成石墨烯包覆层结构。
对比例2
本实施例提供了纤维材料的制备方法，其具体制备过程如下：
本对比例与实施例1的区别在于，步骤(2)的反应时间为50 min。
对比例2得到的产物，经拉曼光谱测试并没有呈现石墨烯的D，G和2D特征峰，说明反应时间少于1 h时无法形成石墨烯包覆层。
对比例3
本实施例提供了纤维材料的制备方法，其具体制备过程如下：
与对实施例1的区别仅在于，步骤(2)通入气压为10-3 Pa的空气和氩气混合气（体积流量比为1:10），其他同实施例1。
对比例3得到的产物，经XRD和拉曼光谱测试碳化硅和石墨烯的特征峰均未出现，说明本反应必须在高纯惰性气氛保护下进行。
应用例1
对比相同制备工艺下，纯ZrC陶瓷和添加10 wt%本发明实施例1制得的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的ZrC复合陶瓷各项性能，试验发现添加本发明制备纳米纤维后的陶瓷材料，材料抗弯强度由205.8 MPa提升到389 MPa, 断裂韧性由3.8 MPa/m1/2提升到6.0MPa/m1/2，显微硬度由21.3 GPa 提升到26.5 GPa，材料性能明显改善，可见本发明纤维材料应用于陶瓷材料中可起到增强增韧的作用。
应用例2
对比相同制备工艺下，纯尼龙6和添加10 wt%本发明实施例1制得的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的尼龙6各项性能，试验发现添加本发明制备的纳米纤维后的尼龙材料，材料拉伸强度由62.8 MPa提升到7.5 MPa，弯曲强度由65.3 MPa提升到128.4 MPa，弯曲模量由2.0 GPa提升到3.5 GPa，冲击强度由8.5 kJ/m2提升到10.2 kJ/m2，断裂伸长率由66.3 %提升到67.7 %，球压痕硬度由54.4 N/m2提升到95.8 N/m2，材料性能明显改善，可见本发明纤维材料应用于尼龙材料中可起到增强增韧作用。
应用例3
对比相同制备工艺下，纯金属铝和添加10 wt%本发明实施例1制得的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的铝复合材料各项性能，发现添加本发明制备的纳米纤维后铝复合材料，材料破坏载荷由1311 N提升到2213 N，弯曲强度由284.4 MPa提升到460.4 MPa，弯曲模量由181.2 GPa提升到275.4 GPa，材料性能明显改善，可见本发明纤维材料应用于铝复合材料中可起到增强增韧作用。
应用例1-3说明本发明产品应用在陶瓷材料、高分子材料或者金属材料复合后可显著基体材料的性能。
由实施例1-6可知，本发明提供的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法简单易行，制备得到的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维直径为100 nm以下，长度可达数十微米。纤维芯部为碳化硅单晶，相比普通多晶或者无定型态纤维力学性能更优；外部壳层为石墨烯，可以保护纤维免受氧化和腐蚀侵蚀，同时增加了纤维的韧性和与坯体的相容性。本发明产品是陶瓷材料、高分子材料或者金属材料的新型增强增韧材料。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的β-碳化硅晶须的制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳源与白炭黑进行湿法均匀混合，其中碳源中C与白炭黑中SiO2的摩尔比为(3-4):1，反应后干燥后得到前驱体；
(2)将步骤(1)得到的前驱体在气氛加热炉中，在1400-1600℃碳热还原反应1-4 h，得到粗产品；
(3)将步骤(2)得到的粗产品采用酸洗浸泡和液固分离的方法去除杂质，干燥后得到单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳源选用活性炭、炭黑或二者的任意混合。
3.根据权利要求2所述的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述白炭黑为SiO2含量大于99%的纳米粉末；所述白炭黑的平均粒径小于100nm；所述白炭黑的比表面积大于200 m2/g。
4.根据权利要求1-3任一所述的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述湿法均匀混合采用湿法球磨，湿法球磨的液相为水，液固体积质量比为10-50 mL/g；同时添加0.2-0.5 mg/mL分散剂，所述分散剂选用六偏磷酸钠或羧甲基纤维素。
5.根据权利要求4所述的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其特征在于，湿法球磨的球磨介质为碳化硅球，球料质量比为5-50；湿法球磨的转速为200-600 rpm，球磨时间为10-60 min。
6.根据权利要求5所述的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其特征在于，湿法球磨后的浆料进行干燥，干燥后的前驱体的含水量小于1 wt%。
7.根据权利要4所述的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述碳热还原反应在10-4-10-3 Pa气压下惰性气体气氛中进行；所述惰性气体选用氩气。
8.根据权利要求7所述的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)采用酸洗浸泡和液固分离去除杂质过程如下；
粗产品用质量分数为5-40 %的氢氟酸溶液，在10-40℃条件下浸泡30-120 min，酸溶液和粗产品的液固体积质量比为3-10 mL/g；
酸洗去除未反应的SiO2，同时浮选去除未反应的杂质C，再进行液固分离，分离后采用水或者酒精对分离的固体反复洗涤，之后在50-100℃下干燥至含水量小于1wt%，即得到单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
9.权利要求1所述制备方法制得的单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维。
10.权利要求9所述单晶碳化硅/石墨烯核壳结构纳米纤维用作陶瓷材料、高分子材料或者金属材料的增强增韧相方面的应用。
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