如何从稻杆、稻壳等原料中低温、便捷地大规模合成纳米碳化硅，并控制其尺寸形态，是技术上的难点。
近日，武汉科技大学材料学部“志同‘稻’合”学生团队取得了一项令人瞩目的科研成果。该团队通过低温镁热技术，成功地从稻杆、稻壳等水稻副产物中提取出了高纯度的纳米碳化硅（SiC），这是一种重要的半导体材料。这一创新不仅为半导体材料的制备开辟了新的途径，还极大地提升了农业副产物的附加值，为实现绿色农业和乡村振兴提供了新的可能。
（图自：武汉科技大学官网，下同）
据悉，该团队负责人韦奕麒自2021年起便开始研究碳化硅材料。在带领团队成员赴各地农村调研时，他注意到农业副产物堆积严重，传统的处理方法如焚烧不仅严重污染环境，而且收益低，附加值有限，综合利用率不足50%的问题。经过对30余种农业副产物的检测，他们发现水稻中的氧化硅含量高且粒度均匀，是制备纳米碳化硅的理想原料。
然而，如何从稻杆、稻壳等原料中低温、便捷地大规模合成纳米碳化硅，并控制其尺寸形态，是技术上的难点。国内外工业上常用的碳热还原法制备碳化硅，需要高达1600~2200℃的温度，能耗大且纯度低，转化工艺复杂。针对这一问题，“志同‘稻’合”团队通过实验和热力学计算，经过数百次的尝试和优化，最终成功研发出了低温镁热技术和动态热量控制技术。这两项技术的突破，使得团队能够在较低的温度下，将稻杆、稻壳中的天然纳米氧化硅与碳反应，转化为颗粒均匀、纯度高达99.99%的纳米碳化硅产品，颗粒尺寸可细达30nm。
此外，团队还自研了动态热量控制技术，突破了镁热过程中因局部高温引起的纳米碳化硅烧结问题，进一步保障了产品的质量和稳定性。这一创新技术不仅提高了纳米碳化硅的纯度，还使得制备过程更加环保、节能。
在取得这一科研成果后，“志同‘稻’合”团队迅速开展了试点工作。他们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。据初步估算，这一项目在三年内可为企业新增营业额1000万元以上。同时，团队正在与企业开展战略合作，进行产品的试用和推广。未来，他们计划在各村镇建立农业副产物原料加工基地，以进一步扩大生产规模，提高农业副产物的利用率，助农增收。
纳米碳化硅作为一种重要的半导体材料，在芯片制造、高端陶瓷等领域有着广泛的应用前景。随着全球碳化硅产量的供不应求，这一创新技术的市场前景十分广阔。韦奕麒表示，团队将继续迭代技术，计划开发完善的纳米碳化硅转化技术，以利用更多的农业副产物，助力发展绿色农业，做乡村振兴的实践者。
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