新穎氮化硼納米材料的制備與表征.pdf

1、氮化硼作為一種重要的Ⅲ-Ⅴ族無機(jī)非金屬材料，具有一系列優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在很多方面具有潛在的應(yīng)用前景。其主要結(jié)構(gòu)有層狀氮化硼（包括六方相和三方相）和立方相氮化硼。其中六方相和三方相氮化硼具有與石墨相似的層狀晶體結(jié)構(gòu)，它們具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，如良好的潤(rùn)滑性、耐化學(xué)腐蝕性、高熱導(dǎo)率等。與石墨不同的是，層狀氮化硼是一種寬帶隙半導(dǎo)體或者絕緣材料，還能實(shí)現(xiàn)n型和p型摻雜，具有中子吸收能力，是很好的耐高溫電子器件材料和很有前途的聲光電材料。<

2、br>　　 具有不同微觀形貌結(jié)構(gòu)的氮化硼材料可能會(huì)導(dǎo)致更加優(yōu)良的性能，因此最近二十幾年來，氮化硼的合成技術(shù)得到大力發(fā)展，諸多新穎的氮化硼納米材料被制備出來。而目前的研究大多集中于一維氮化硼納米材料的合成和表征，如氮化硼納米管、納米纖維等，對(duì)于其它形貌和結(jié)構(gòu)的氮化硼納米材料的研究尚不夠深入。在本論文我們?cè)诘蜏氐蛪簵l件下制備了幾種新穎形貌的氮化硼納米材料，并初步探索了它們的熱學(xué)性質(zhì)、發(fā)光性質(zhì)等性能。
　　 (1)近年來，通過化學(xué)方

3、法以零維、一維、二維等納米結(jié)構(gòu)基元構(gòu)筑更復(fù)雜的多維、多級(jí)納米結(jié)構(gòu)材料是有序物質(zhì)科學(xué)的重要進(jìn)展，由于具有此類結(jié)構(gòu)的材料常常表現(xiàn)出與常規(guī)低維度納米材料不同的電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)及化學(xué)方面的性質(zhì)，這為構(gòu)筑和集成高級(jí)納米器件提供了嶄新的策略。目前，有關(guān)氮化硼多級(jí)納米結(jié)構(gòu)的研究尚存空白。在本文中，通過硼粉和氨基鈉在500℃下反應(yīng)，我們成功制備了由納米薄片組裝而成的多級(jí)花狀氮化硼結(jié)構(gòu)。X-射線衍射和紅外分析表明所制備的樣品為高結(jié)晶性的三方相

4、氮化硼(r-BN)結(jié)構(gòu)。通過電鏡觀察得知這些氮化硼納米花直徑有幾百納米，而這些納米薄片的厚度約為15-25nm，并且具有尖銳的邊緣的結(jié)構(gòu)。熱重測(cè)試表明這些氮化硼納米花可以在空氣中抵抗600℃以下的氧化侵蝕。對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，縮短反應(yīng)時(shí)間只能得到一些小碎片和顆粒，因此可以推斷反應(yīng)初期首先形成氮化硼納米晶顆粒，然后這些顆粒發(fā)生聚集，并在此基礎(chǔ)上生長(zhǎng)出氮化硼薄片，最后組裝而成多級(jí)花狀氮化硼納米結(jié)構(gòu)。具有尖端薄片的氮化硼納米片有望用于場(chǎng)發(fā)射電子器件

5、，在微電子學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮應(yīng)用。
　　 (2)空心納米結(jié)構(gòu)材料往往具有較大的比表面積和相對(duì)輕質(zhì)的特點(diǎn)，在催化、藥物釋放、化學(xué)傳感器、生物技術(shù)、分離以及光電子等諸多領(lǐng)域都有著潛在的應(yīng)用前景。制備此類結(jié)構(gòu)材料的一般策略是利用各種硬模板或軟模板劑對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)制。氮化硼作為一種重要的Ⅲ-Ⅴ族材料，具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，其空心結(jié)構(gòu)受到了極大的關(guān)注。但傳統(tǒng)制備方法存在合成溫度過高、合成步驟較繁瑣等弊端。在本文中，我們探索了一條制備

6、氮化硼空心顆粒的溫和制各路線。通過選擇NaNF4和NaN3為反應(yīng)物，采取反應(yīng)釜內(nèi)的一步合成法在較低溫度下(450℃)成功制備出氮化硼空心結(jié)構(gòu)材料，所制備的產(chǎn)物由空心球和納米管組成，空心球直徑約為400-700nm，納米管的直徑在150-300nm之間，比表面積達(dá)到89.8m2/g，熱重測(cè)試顯示其抗氧化溫度達(dá)到800℃。對(duì)比試驗(yàn)表明在300℃時(shí)也能制備出氮化硼空心球和納米管，但產(chǎn)量稍低，顯示出氮化硼納米管低溫宏量制各的可能性。如此制備的氮

7、化硼空心結(jié)構(gòu)材料有望用于儲(chǔ)氫及催化等領(lǐng)域。
　　 (3)三維有序大孔材料是多孔材料研究的新領(lǐng)域，其孔洞排列規(guī)整，分布均勻，可用作理想的光子晶體材料、催化劑或其載體、過濾以及分離材料、熱阻材料、電池材料等。制備三維有序大孔材料一般采取膠晶模板法。目前有關(guān)氮化硼大孔材料的研究相對(duì)較少，有待進(jìn)一步探索。在本文中，我們通過NH4BF4與鐵粉在500℃反應(yīng)制備了疏松的氮化硼大孔材料，孔隙率達(dá)到73.7％，比表面積為122m2/g，不過孔洞

8、直徑較大，達(dá)到亞微米級(jí)，而且孔洞結(jié)構(gòu)也不均一。經(jīng)過在條件不變的情況下加入適量的硫粉參與反應(yīng)，同樣得到了三維氮化硼大孔材料，但各項(xiàng)織構(gòu)特征得到明顯改善，孔隙率達(dá)到85.6％，比表面增大到230m2/g，并且呈現(xiàn)出一定的短程有序特征。對(duì)比試驗(yàn)顯示在反應(yīng)溫度下硫粉變?yōu)榱蛘魵?，可能促進(jìn)了氮化硼片層發(fā)生卷曲，形成更為豐富的孔洞結(jié)構(gòu)，并且加入硫粉可能使反應(yīng)物的接觸機(jī)會(huì)增多，從而使反應(yīng)更加完全，提高了產(chǎn)率。這種不需添加模板、制備過程簡(jiǎn)便的合成大孔氮化