[發(fā)明專利]一種準(zhǔn)一維氮化硼納米結(jié)構(gòu)的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200610046469.4
• 申請(qǐng)日: 2006-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101062765A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉暢;湯代明;成會(huì)明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C01B21/064
• 分類號(hào): C01B21/064
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及氮化硼準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)的可控制備方法，適用于控制制備不同形貌和結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)一維氮化硼納米管和納米線，產(chǎn)物的產(chǎn)量大、純度高。

背景技術(shù)：

自從1991年碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，各種體系一維納米結(jié)構(gòu)的制備和應(yīng)用引起了廣泛的關(guān)注。六方氮化硼的結(jié)構(gòu)與石墨非常接近，可以看作是氮原子和硼原子相間取代石墨中碳原子形成sp²雜化的類石墨片層結(jié)構(gòu)。碳納米管的電學(xué)性質(zhì)(帶隙寬度)隨直徑、手性變化，很難控制，從而增加了實(shí)際應(yīng)用的難度。相對(duì)碳基納米材料而言，六方氮化硼的電子結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，加之其優(yōu)異的抗氧化性，使得氮化硼基納米材料有潛力更早得到實(shí)際應(yīng)用?？梢灶A(yù)見(jiàn)，氮化硼一維納米結(jié)構(gòu)在高溫、氧化氣氛等惡劣條件下工作的納米器件和產(chǎn)品中具有廣泛的應(yīng)用前景。例如它的穩(wěn)定寬帶隙和高溫優(yōu)異抗氧化性使之有可能成為優(yōu)異的高溫寬帶隙半導(dǎo)體材料；B-N鍵是自然界最強(qiáng)的鍵之一，使得氮化硼納米一維材料有著可以與碳管相當(dāng)?shù)膬?yōu)異力學(xué)性能，使得它有可能成為惡劣條件應(yīng)用的復(fù)合材料增強(qiáng)相材料；又如，在場(chǎng)發(fā)射過(guò)程中發(fā)射尖端可能產(chǎn)生高溫或者電弧放電效應(yīng)，氮化硼表面的負(fù)電子親和勢(shì)，以及它的高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性使之有可能成為實(shí)際應(yīng)用的平板顯示材料。雖然1995年氮化硼納米管已經(jīng)第一次成功制備，而且已經(jīng)有很多方法制備出氮化硼納米管，例如電弧法、激光濺射法、化學(xué)氣相沉積、固相反應(yīng)等，但到目前為止，氮化硼管的產(chǎn)量很低，純度也很差。作為另—種重要的氮化硼一維納米結(jié)構(gòu)，氮化硼納米線，成功合成的報(bào)道更少；僅有的幾篇報(bào)道也存在結(jié)晶度差、或者純度低及產(chǎn)率很低等缺陷。總之，由于樣品制備困難這一瓶頸已明顯制約了氮化硼一維納米結(jié)構(gòu)的本征性能研究以及其潛在應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種可大量制備高純度、不同形貌和結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)一維氮化硼納米材料的新方法。該方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)一維氮化硼納米材料的結(jié)構(gòu)，如直徑、表面形貌、原子排列方式等的控制。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種準(zhǔn)一維氮化硼納米結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法采用二茂鎳、二茂鐵、二茂鈷或其混合為浮動(dòng)催化劑前驅(qū)體，在低溫區(qū)揮發(fā)，由載氣攜帶到高溫區(qū)分解為金屬催化劑，促進(jìn)硼粉和氧化硼混合生成的B₂O₂蒸汽與氨氣反應(yīng)生成不同形貌的氮化硼一維納米結(jié)構(gòu)。

其中：

浮動(dòng)催化劑(二茂鐵、二茂鎳、二茂鈷、或其不同配比的混合物)蒸發(fā)溫度為100～300℃。

氮源為氨氣，載氣為氮?dú)饣蛘邭鍤?，氮源與載氣的流量比例在0.25-4之間；氮源的氣體流量為50～500sccm。

硼粉和氧化硼作為硼源，重量比在1：1～1：7之間；浮動(dòng)催化劑與反應(yīng)物(硼粉、氧化硼)總和的重量比例關(guān)系為0.1～1。

最終反應(yīng)溫度在1200～1500℃之間，所用升溫速率在20-45℃/min之間，反應(yīng)時(shí)間為15～90分鐘。

本發(fā)明準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)包括竹節(jié)狀氮化硼納米管、疊杯狀氮化硼納米線等。

其中，所得氮化硼納米線和納米管的結(jié)構(gòu)有著本質(zhì)區(qū)別，前者(0002)面垂直軸向生長(zhǎng)，后者(0002)面平行軸向生長(zhǎng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

1、本發(fā)明提出采用浮動(dòng)催化法，通過(guò)控制催化劑配比、蒸發(fā)溫度、硼粉和氧化硼配比、反應(yīng)溫度、氨氣和氮?dú)饬髁勘壤裙に噮?shù)，可控制制備高純度不同形貌和結(jié)構(gòu)的氮化硼準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)，如竹節(jié)狀氮化硼納米管、疊杯狀氮化硼納米線等。所得氮化硼納米線和納米管的結(jié)構(gòu)有著本質(zhì)區(qū)別，前者(0002)面垂直軸向生長(zhǎng)，后者(0002)面平行軸向生長(zhǎng)。

2、本發(fā)明以二茂鎳、二茂鐵、二茂鈷或其混合物作為浮動(dòng)催化劑前驅(qū)體，在低溫區(qū)揮發(fā)并由載氣攜帶到高溫區(qū)分解為金屬催化劑，促進(jìn)硼粉和氧化硼混合生成的B₂O₂蒸汽與氨氣反應(yīng)生成不同形貌的氮化硼一維納米結(jié)構(gòu)。該方法具有重復(fù)性好、成本低、工藝參數(shù)易控制以及產(chǎn)品產(chǎn)量大、均勻、純凈等優(yōu)點(diǎn)，采用本發(fā)明方法純度可達(dá)到90％以上。本發(fā)明為氮化硼一維納米結(jié)構(gòu)的可控制備及其應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明：

圖1.實(shí)施例一中所制備的竹節(jié)狀氮化硼納米管掃描電鏡照片以及相應(yīng)的透射電鏡照片、高分辨照片。圖中，(a)為掃描電鏡照片；(b)、(c)為透射電鏡照片；(d)為(c)圖的高分辨照片。

圖2.實(shí)施例二中所制備的疊杯狀氮化硼納米線掃描電鏡照片以及相應(yīng)的透射電鏡照片、高分辨照片。圖中，(a)為掃描電鏡照片；(b)為透射電鏡照片；(c)為(b)圖的高分辨照片。