[發明專利]一種制備氮化硼包覆碳納米管/納米線及氮化硼納米管的方法

有效

• 申請號: 200810015631.5
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101259960A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 畢見強;白玉俊;亓永新;王偉禮;龐林林;朱慧靈
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;C01B21/064
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種制備氮化硼包覆碳納米管/納米線及氮化硼納米管的方法，屬于無機非金屬材料制備技術領域。

背景技術

自1991年碳納米管發現以來，由于其具有優異的力學性能和特殊的電學性能，而受到了極大的關注，但是由于碳納米管/納米線自300℃左右開始緩慢氧化，600℃左右迅速氧化，使它的應用受到了很大的限制，尤其在制備耐高溫復合材料方面，由于碳納米管在高溫下易與其它物質發生反應，進一步限制了其應用。

氮化硼具有極好的化學穩定性和良好的抗氧化性能，同時氮化硼的結構與碳極其相似，二者具有很好的結構匹配性，因此可以很容易地在碳納米管表面包覆氮化硼并形成良好的結合，獲得氮化硼包覆的碳納米管，從而拓展碳納米管的應用。氮化硼納米管除了具有高的化學穩定性和抗氧化性能，還具有寬能隙(約為5.5eV)，而且其電學性能不受直徑和手性的影響，使它在高溫、高強度纖維、半導體材料等方面有著比碳納米管更強的實用性。

目前，制備氮化硼納米管的方法包括：電弧放電法、激光燒蝕法、氧化鋁模板法、前驅體高溫分解法等。但這些方法中，有的需要使用金屬催化劑，容易造成金屬污染；有的需要在高溫或高壓下進行；有的需要昂貴的設備和復雜的操作，成本較高且產量低；這直接影響了氮化硼納米管在科學研究和工業生產中的應用。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供了一種不需使用催化劑、反應溫度低、操作簡單、產量高的制備氮化硼包覆碳納米管/納米線及氮化硼納米管的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種制備氮化硼包覆碳納米管/納米線及氮化硼納米管的方法，步驟如下：

(1)稱取硼源、氮源和碳納米管/納米線，混勻后裝入反應釜中，封緊反應釜，放到加熱爐中，加熱到500～600℃，使其發生反應，反應8～18h，停止加熱，使反應釜在加熱爐中自然冷卻至室溫；

(2)用去離子水清洗、抽濾反應產物，除去殘余反應物及反應副產物，至濾液呈中性為止；

(3)將所得產物在60～80℃下烘干3～8小時，即得到灰黑色的氮化硼包覆碳納米管/納米線；

(5)將上述氮化硼包覆碳納米管/納米線在空氣中加熱至750～800℃進行氧化處理，即得到灰色的氮化硼納米管。

所述步驟(1)中的硼源是金屬硼氫化物、氟硼酸鹽，如硼氫化鈉、硼氫化鉀、硼氫化鋰、氟硼酸鈉、氟硼酸鉀等，氮源是銨鹽，如氯化銨、硫酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨等。

所述步驟(1)中的硼源和氮源均是氟硼酸銨。

所述步驟(1)中硼源中的硼與氮源中的氮的原子比為1∶1～1∶1.2，硼源和氮源的總質量與碳納米管/納米線的質量比為10∶1～30∶1。

本發明通過硼氫化物、氟硼酸鹽與銨鹽反應或直接通過氟硼酸銨分解來制備氮化硼，其反應式為：：nMBX₄+(NH₄)_nY→nBN+M_nY+2nH₂(M＝Na，K，Li等金屬離子，X＝H，F等，Y＝Cl^-，SO₄^2-，CO₃^2-，HCO₃^-等酸根離子，n＝1，2)，NH₄BF₄→BN+4HF。本發明所用的設備簡單，操作簡單方便，反應溫度低(500～600℃)，反應物的處理簡單，工藝穩定，生產效率高，可用于大規模制備氮化硼包覆碳納米管/納米線及氮化硼納米管。

本發明具有以下優點：1、成本低：所用的原料均為常用的化工原料，廉價易得；且工藝操作簡單。2、工藝穩定，易于控制。3、無污染：不需要使用金屬催化劑，不會造成金屬污染。

附圖說明

圖1是氮化硼包覆碳納米管/納米線的X-射線衍射圖；

圖2是氮化硼包覆碳納米管/納米線在空氣中加熱的熱失重(TG)圖；

圖3是氮化硼包覆碳納米管/納米線的透射電鏡(TEM)形貌圖；

圖4是氮化硼納米管的透射電鏡(TEM)形貌圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步的說明：