如何從稻桿、稻殼等原料中低溫、便捷地大規模合成納米碳化硅，并控制其尺寸形態，是技術上的難點。
近日，武漢科技大學材料學部“志同‘稻’合”學生團隊取得了一項令人矚目的科研成果。該團隊通過低溫鎂熱技術，成功地從稻桿、稻殼等水稻副產物中提取出了高純度的納米碳化硅（SiC），這是一種重要的半導體材料。這一創新不僅為半導體材料的制備開辟了新的途徑，還極大地提升了農業副產物的附加值，為實現綠色農業和鄉村振興提供了新的可能。
（圖自：武漢科技大學官網，下同）
據悉，該團隊負責人韋奕麒自2021年起便開始研究碳化硅材料。在帶領團隊成員赴各地農村調研時，他注意到農業副產物堆積嚴重，傳統的處理方法如焚燒不僅嚴重污染環境，而且收益低，附加值有限，綜合利用率不足50%的問題。經過對30余種農業副產物的檢測，他們發現水稻中的氧化硅含量高且粒度均勻，是制備納米碳化硅的理想原料。
然而，如何從稻桿、稻殼等原料中低溫、便捷地大規模合成納米碳化硅，并控制其尺寸形態，是技術上的難點。國內外工業上常用的碳熱還原法制備碳化硅，需要高達1600~2200℃的溫度，能耗大且純度低，轉化工藝復雜。針對這一問題，“志同‘稻’合”團隊通過實驗和熱力學計算，經過數百次的嘗試和優化，最終成功研發出了低溫鎂熱技術和動態熱量控制技術。這兩項技術的突破，使得團隊能夠在較低的溫度下，將稻桿、稻殼中的天然納米氧化硅與碳反應，轉化為顆粒均勻、純度高達99.99%的納米碳化硅產品，顆粒尺寸可細達30nm。
此外，團隊還自研了動態熱量控制技術，突破了鎂熱過程中因局部高溫引起的納米碳化硅燒結問題，進一步保障了產品的質量和穩定性。這一創新技術不僅提高了納米碳化硅的純度，還使得制備過程更加環保、節能。
在取得這一科研成果后，“志同‘稻’合”團隊迅速開展了試點工作。他們面向農戶以高于市場100%的價格收購稻殼，并采用低溫工藝生產高純度納米碳化硅產品。據初步估算，這一項目在三年內可為企業新增營業額1000萬元以上。同時，團隊正在與企業開展戰略合作，進行產品的試用和推廣。未來，他們計劃在各村鎮建立農業副產物原料加工基地，以進一步擴大生產規模，提高農業副產物的利用率，助農增收。
納米碳化硅作為一種重要的半導體材料，在芯片制造、高端陶瓷等領域有著廣泛的應用前景。隨著全球碳化硅產量的供不應求，這一創新技術的市場前景十分廣闊。韋奕麒表示，團隊將繼續迭代技術，計劃開發完善的納米碳化硅轉化技術，以利用更多的農業副產物，助力發展綠色農業，做鄉村振興的實踐者。
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