[發明專利]一種批量制備氮化硼納米管的制備方法

無效

• 申請號: 201210400174.8
• 申請日: 2012-10-20
• 公開（公告）號: CN102849694A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 劉維良;班曉磊;馮震乾;曾小軍
• 申請（專利權）人: 景德鎮陶瓷學院
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無機納米材料領域，具體涉及一種批量制備氮化硼納米管的制備方法。

背景技術

氮化硼納米管類似于碳納米管，可以看做是碳納米管中的碳原子被硼和氮原子交替取代的產物。氮化硼納米管不僅具有可以與碳納米管相媲美的力學性能和熱傳導性能，而且還具有優異的抗氧化性、化學穩定性和熱穩定性，這使得氮化硼納米管成為理想的在結構材料，應用于納米復合材料中。氮化硼納米管為穩定的寬帶隙材料，電學性能不隨管徑和手性改變，這相對于碳納米管易變的電學性能而言，氮化硼納米管在電子器件中的應用具有較大的優勢。此外，氮化硼納米管還具有較好的儲氫性能，陰極射線發射性能和生物相容性，這些優點可使氮化硼納米管在能源，場致發光和生物醫用領域具有潛在的應用價值。

常用的氮化硼納米管制備方法有電弧放電法，激光燒蝕法，模板法，機械球磨法，CVD以及熱分解法等，但這些方法存在產率低，純度低，制備溫度高，成本高或者工藝復雜難以產業化等缺點，所得到的氮化硼納米管形態各異缺陷也較多，這嚴重制約著氮化硼納米管的廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的問題，提供一種產率高、純度高、制備條件溫和、成本低、工藝簡單的氮化硼納米管的制備方法，而且該制備方法易于放大，可以達到批量生產的目的。

本發明的技術方案是：一種批量制備氮化硼納米管的方法，其特征在于：將硼源，過渡金屬化合物以及堿土金屬化合物充分混合，將混合物在氮氣或氬氣保護下加熱至1000～1100℃，停止通入保護氣體，開始通入氨氣或者氮氣與氫氣的混合氣體進行反應并繼續加熱至1200～1400℃，保溫0.5～4小時，保溫結束后停止氣體的通入并將溫度降至室溫，得到白色粗產物，將粗產物在空氣中加熱至600℃后，經酸洗、干燥獲得管徑為50～300nm、長度可達100微米以上的氮化硼納米管。

所述混合物包含的硼源中硼元素、過渡金屬、堿土金屬的摩爾比為1:0.01～0.09:0.03～0.27。

所述的硼源為硼粉或氧化硼或硼酸。

所述的過渡金屬化合物為Fe或Co或Ni的氧化物或者氫氧化物。

所述的堿土金屬化合物為Ca或Ba或Sr的氧化物或者氫氧化物。

所述的酸為鹽酸。

該制備方法可能存在的反應舉例如下（以B粉，氧化鐵和氧化鈣為例）：

2NH₃=N₂+3H₂

Fe₂O₃+3H₂=2Fe+3H₂O

N₂=2N^*

B+N^*=BN

反應過程如下：首先，氨氣分解為活性的氮原子和氫氣，氫氣將Fe₂O₃還原為單質Fe，活性的氮原子和活性的B原子溶解在單質Fe中，隨著溫度的升高，B粉和活性N原子在單質Fe中的溶解至飽和并在表層析出BN膜，并逐漸包裹并抬升Fe顆粒，但由于Fe的液滴對于BN的潤濕性較差，在包裹的過程中，熔融的Fe顆粒會逐漸下降并掙脫BN膜的包裹，而BN膜被逐漸推高，熔融的Fe顆粒與BN膜頂端逐漸分離，B和N原子繼續溶解并析出，BN逐漸長高形成管狀，在這一反應中，Fe₂O₃提供成核中心并加速氨氣的分解，CaO提供位阻，使得形成的單質Fe顆粒均勻分布在CaO中，在高溫下不會因聚集長大而失活，并且CaO可能還有活化B原子的功能。在氮化硼納米管生長的過程中，有些Fe顆粒會因為來不及掙脫BN膜的包裹而滯留在納米管中。所得的氮化硼納米管有竹節狀和圓柱狀兩種形貌。

本發明的有益效果在于：通過催化劑堿土金屬的引入，可以在較低的溫度下生長出大量管徑為50～300nm、長度達到100微米以上、管身均勻光滑、形貌以竹節狀為主并有少量圓柱狀的氮化硼納米管，該制備方法成本較低、原料來源廣泛、制備過程簡單、易于實現批量生產，產率可以達到85%以上、純度大于85wt%，具有廣泛的工業應用價值。

附圖說明

圖1為實施例1所制備的氮化硼納米管的SEM照片。

圖2為實施例1所制備的氮化硼納米管的TEM照片。

具體實施方式

下面通過具體的實施例進一步介紹本發明，但是實施例不會構成對本發明的限制。

實施例1