[發(fā)明專利]一種原位合成氮化硼納米片-納米管復合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111747385B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設計）人: 王恒;徐慢;季家友;朱麗;王樹林;沈凡;戴武斌;陳常連
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064;B82Y40/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明;李艷景

本發(fā)明公開了一種原位合成氮化硼納米片?納米管復合材料及其制備方法。其制備為：在去離子中依次加入氮化硼納米片、螯合劑和鎳鹽，攪拌、超聲、過濾、真空干燥，得錨定催化劑的氮化硼納米片，其中氮化硼納米片、螯合劑和鎳鹽的物質(zhì)的量之比為1：5～25：25～50；然后將錨定催化劑的氮化硼納米片置于化學氣相沉積系統(tǒng)中，以環(huán)硼氮烷為前驅(qū)體，以氬氣為載流氣體，在1000～1200℃熱處理反應1～3h，得到原位合成的氮化硼納米片?納米管復合材料。該方法可在氮化硼納米片上原位生長氮化硼納米管，所得復合材料結構穩(wěn)定，界面結合較強，納米管長徑比較大，且制備簡單，重復性好，可推動氮化硼納米材料在先進復合材料領域的應用。

技術領域

本發(fā)明屬于無機納米材料領域，具體涉及一種原位合成氮化硼納米片-納米管復合材料及其制備方法。

背景技術

氮化硼納米材料(納米管、納米片)具有優(yōu)異的力學、熱學、電學和光學性能，受到了材料、物理、化學及交叉學科領域科學家的廣泛關注，被認為是最有前途的無機納米材料之一，在聚合物基、陶瓷基和金屬基等先進復合材料領域均有廣泛的應用前景。

氮化硼納米管的楊氏模量可達1.22±0.24TPa(Chopra N G,et al.Solid StateCommun.,1998,105,297)，具有獨特的彈塑性變形能力-數(shù)次彎曲后仍能恢復原貌(GolbergD,et al.Acta Mater.,2007,55,1293)、超高的層間摩擦力(Niguès A,et al.Nat.Mater.,2014,13,688)；其室溫熱導率約為300W/m K(Chang C W,et al.Phys.Rev.lett.,2006,97,085901)，抗氧化溫度達到900℃(Golberg D,et al.Scripta Mater.2001,44,1561)；禁帶寬度為5.0～6.0eV，且不隨納米管的手性、直徑和層數(shù)變化而變化；以及良好的化學惰性-常溫下與酸堿均不發(fā)生反應。將氮化硼納米管加入到聚合物基復合材料中，能顯著提高材料(如：聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇縮甲醛、熱塑性聚氨酯)的彈性模量、抗張強度和導熱系數(shù)；或制備高阻尼特性(如：聚丙交酯-聚己內(nèi)酯共聚物)或高擊穿電壓(如：聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯-醋酸乙烯酯)的復合材料。含氮化硼納米管的陶瓷(如：氧化鋁、氮化硅、氧化鋯、羥基磷灰石)基復合材料的斷裂韌性和彎曲強度則有較大改善。在航空航天用金屬基復合材料領域，氮化硼納米管能大幅度提高鋁基復合材料的硬度和彎曲強度。

氮化硼納米片的楊氏模量為0.865±0.073TPa(Falin A,et al.Nat.Commun.,2017,8,15815)，彎曲模量接近單晶六方氮化硼塊體的31.2GPa理論值(Li C,etal.Nanotechnology,2009,20,385707)；其室溫熱導率約為360W/m K(Jo I,et al.NanoLett.,2013,13,550)，在800℃的空氣氣氛下仍能保持穩(wěn)定(Li L H,et al.ACS Nano,2014,8,1457)；在210～220nm的深紫外區(qū)域存在強的吸收峰，顯示較強的陰極發(fā)光發(fā)射(YuJ,et al.ACS Nano,2010,4,414)。將氮化硼納米片加入到聚合物基復合材料中，能制備高彈性模量、高強度、低熱膨脹系數(shù)的復合材料(如：聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚氨酯、環(huán)氧樹脂)。在氮化硅、羥基磷灰石、鎂黃長石等陶瓷基復合材料中，能夠改善陶瓷材料的彎曲強度、斷裂韌性、摩擦性能和抗壓強度。氮化硼納米片可以作為防護層，阻止鎳、銅、不銹鋼等金屬材料的氧化或電化學腐蝕。

更進一步考慮，若能將氮化硼納米管和納米片進行有效復合，制備具有良好界面特性的氮化硼納米管-納米片復合結構，在先進復合材料中除了可以同時發(fā)揮氮化硼納米管和納米片的優(yōu)勢(Yue C G,etal.Scripta Mater.,2013,68,579.Chen Y,etal.CeramInt.,2018,44,3277)，還能發(fā)揮一維-二維結構的多重能量耗散機制與多維度協(xié)同作用，進一步改善復合材料的力學與熱學性能，更好地推動氮化硼納米材料在先進復合材料領域的應用。目前，暫時未見在氮化硼納米片上原位生長氮化硼納米管，形成氮化硼納米片-納米管復合材料的專利和文獻報道。