[發明專利]金剛石-納米線復合體及其制備方法

有效

• 申請號: 201310042004.1
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103964430A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 江南;張文武;白華;戴丹
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C01B31/06
• 分類號: C01B31/06;C01B35/04;C01B31/36;C01B21/064;C01B35/10;C01B35/14;B82Y30/00
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 祝蓮君;雷芳

技術領域

本發明屬于金剛石復合材料領域。具體地，本發明涉及金剛石－納米線復合體及其制備方法。

背景技術

目前，金剛石是自然界中熱導率最高的物質，高品質單晶金剛石的熱導率可達到2000W/(m·K)，其還具有介電常數低、熱膨脹系數低等特點，使得金剛石復合材料成為新一代封裝材料的首選。但是單一的金剛石不易制成封裝材料，且生產成本相當高，嚴重妨礙了金剛石的應用。然而，如何既保留金剛石的優良性能，同時擴展金剛石的應用范圍和降低金剛石材料的生產成本，仍然是本領域的一大難點。

因此，本領域迫切需要開發一種制法簡便、性能優異的金剛石復合材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種制法簡便、性能優異的金剛石復合材料及其制法。

在本發明的第一方面中，提供了一種金剛石-納米線復合體，所述復合體包括金剛石顆粒以及結合于所述金剛石顆粒表面的納米線，其中，所述的納米線包括：硼納米線、硼化物納米線、或其組合。

在另一優選例中，所述的結合為化學鍵結合。

在一選例中，所述的納米線是通過在金剛石顆粒表面原位生長而形成的。

在另一優選例中，所述的納米線是將在金剛石顆粒表面原位生長而形成的硼納米線在活性氣氛(如氧氣、氮氣、氨氣等活性氣氛)中進行加熱反應，從而獲得結合于金剛石顆粒表面的硼化物納米線。

在另一優選例中，所述的納米線是將在金剛石顆粒表面原位生長而形成的硼納米線與金屬粉體(如鎂粉、碳粉、鋁粉、鈦粉、鋯粉、釤粉、硫粉等金屬粉末)混合并進行加熱反應，從而獲得的結合于金剛石顆粒表面的硼化物納米線。

在另一優選例中，所述的金剛石顆粒粒徑為0.1～10000μm。

在另一優選例中，所述的金剛石顆粒的粒徑為10～1000μm；更佳地為50～1000μm。

在另一優選例中，所述的納米線具有以下特征：

(i)長度為0.1～300μm；和/或

(ii)直徑為1～5000nm；和/或

(iii)在金剛石表面的密度為1～10000個/μm²。

在另一優選例中，所述的納米線長度為1～300μm。

在另一優選例中，所述的納米線直徑為1～500nm。

在另一優選例中，所述的硼化物包括：氧化硼、碳化硼、氮化硼、硼化鎂、硼化鋁、硼化鈦、硼化鋯、硼化釤、硫化硼。

在本發明第二方面中，提供了一種金剛石-硼納米線復合體的制備方法，其包括步驟：

(1)提供一包含金剛石顆粒、硼原料和金屬催化劑的混合物；

(2)在真空下或在選自氫氣、氬氣、其組合氣體的惰性氣氛或還原性氣氛中，將步驟(1)的混合物進行加熱反應，從而得到金剛石-硼納米線復合體，所述復合體包括金剛石顆粒以及結合于所述金剛石顆粒表面的硼納米線。

在另一優選例中，所述的硼納米線具有以下特征：

(i)長度為0.1～300μm；和/或

(ii)直徑為1～5000nm；和/或

(iii)在金剛石表面的密度為1～10000個/μm²。

在另一優選例中，所述的金剛石顆粒粒徑為0.1～10000μm；較佳地為10～1000μm；更佳地為50～1000μm。

在另一優選例中，所述的金屬催化劑包括：銅、金、鎳、鉑、或它們的合金。

在另一優選例中，按步驟(1)的混合物總重量計算，金屬催化劑的質量分數為10－90wt%；較佳地為20－85wt%；更佳地為30－75wt％。

在另一優選例中，所述的步驟(1)中，硼原料為粉末狀或液態；和/或

所述的步驟(1)中，硼原料包括單質硼和硼化合物(較佳地，所述的硼化合物包括硼酸)；和/或

按步驟(1)的混合物總重量計算，硼原料的質量分數為1－15wt％(較佳地為5－10wt％)。

在本發明第三方面中，提供了一種金剛石-硼化物納米線復合體的制備方法，

(I)所述方法包括步驟：

(a)提供一包含金剛石顆粒、硼原料和金屬催化劑的混合物；和

(b)在氧氣、氨氣或氮氣的活性氣氛中，將步驟(1)的混合物進行加熱反應，從而得到金剛石-硼化物納米線復合體，所述復合體包括金剛石顆粒以及結合于所述金剛石顆粒表面的硼化物納米線；

或者

(II)所述方法包括步驟：