專利名稱：一種制備氮化硼納米管的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是制備純度高、產(chǎn)率大的氮化硼納米管的新方法，涉及無機(jī)納米材料。
背景技術(shù)：
氮化硼納米管是一種非常特別的納米管狀材料。它具有穩(wěn)定的絕緣性，高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及特殊的力學(xué)性能和電學(xué)性能。近年來在一維納米材料領(lǐng)域受到了巨大關(guān)注。電子結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，氮化硼納米管為一種半導(dǎo)體材料，具有固定的能帶寬度(5.5ev)。與納米碳管不同，其帶系不依賴于管的直徑、手性特征及納米管的壁數(shù)。因此，氮化硼納米管簡(jiǎn)化了一維納米管能帶的復(fù)雜性，使得制造納米級(jí)的半導(dǎo)體元件成為可能，為一維納米結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用提供了一個(gè)誘人的前景。氮化硼納米管可以在納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料、儲(chǔ)氫以及防止氧化的包覆層等方面發(fā)揮其潛在的作用，具有良好的應(yīng)用前景。
氮化硼納米管的制備技術(shù).現(xiàn)在報(bào)道的很多。著名的制備方法有電弧放電法，激光燒蝕法，電弧熔融法，化學(xué)氣相沉積法以及化學(xué)法等。上述這些方法，有的需要在高溫或高壓條件下進(jìn)行，有的在控制反應(yīng)條件時(shí)很困難，而且通常得到氮化硼納米管結(jié)構(gòu)分散，產(chǎn)量少，純度低。使得氮化硼納米管在應(yīng)用方面受到了一定程度的限制。球磨法是制備納米粉末常用的方法，已成功地制備出納米晶體、納米粒子以及納米復(fù)合組分。在球磨過程中，由于研磨體和物質(zhì)之間的摩擦、碰撞和擠壓，導(dǎo)致物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，如產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、塑性變形、缺陷和裂紋等。由于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化以及化學(xué)反應(yīng)是由機(jī)械能引發(fā)的，而不是熱能，所以化學(xué)反應(yīng)在常溫下即可發(fā)生，且屬于非平衡反應(yīng)。與上述電弧放電法和電弧熔融法相比在，球磨法在室溫下進(jìn)行，且退火溫度低(＜1500℃)。但用此方法分別合成納米管的還不多見.YingChen等人在室溫下分別對(duì)B粉和氮化硼粉末進(jìn)行球磨，然后對(duì)其進(jìn)行退火處理，得到了氮化硼納米管。由于熱處理是在流動(dòng)的氮?dú)庀逻M(jìn)行的，所以他們得到的氮化硼納米管純度低，產(chǎn)率也不高。為獲得高產(chǎn)量的氮化硼納米管，我們采用球磨法，以氧化硼、硼酸等含硼元素且無毒性的硼類化合物為原料，先球磨一定的時(shí)間，然后在流動(dòng)的氨氣下進(jìn)行熱處理，加熱至800℃以上的溫度后保溫一定時(shí)間，經(jīng)清洗后得到了相純度高，產(chǎn)率大的氮化硼納米管。我們采用的制備方法，所需設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便易行，熱處理溫度低，安全性高。低成本、高產(chǎn)量、純度好、生長(zhǎng)可控，能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，是比較理想的制備方法。因此本發(fā)明對(duì)于氮化硼納米管在納米領(lǐng)域的進(jìn)一步廣泛應(yīng)用具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的首先選用氧化硼、硼酸等含硼元素且無毒性的硼類化合物為原料，先球磨4h以上，然后在流動(dòng)的氨氣下加熱至800℃以上，保溫0.5h以上。冷卻后取出，經(jīng)清洗后干燥，得到白色粉末即為氮化硼納米管。


附圖1.所制備產(chǎn)物的掃描電子顯微鏡形貌圖，反映出產(chǎn)物中氮化硼納米管的產(chǎn)量高；附圖2.所制備產(chǎn)物的X射線衍射譜圖，證明產(chǎn)物為純相、六方結(jié)構(gòu)的氮化硼晶體；附圖3.圓柱形貌氮化硼納米管的透射電鏡照片；附圖4.竹節(jié)形貌氮化硼納米管的透射電鏡照片；附圖5.選區(qū)電子衍射花樣照片，說明制備的氮化硼納米管為單晶結(jié)構(gòu)；附圖6.高分辨電子顯微鏡照片，反映氮化硼納米管具有良好的結(jié)晶度；附圖7.電子能量損失譜圖，進(jìn)一步證明納米管的成分為氮化硼。
結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
解釋如下1.以氧化硼、硼酸等含硼元素且無毒性的硼類化合物為原料，先球磨4h以上。
2.將球磨后的原料在流動(dòng)的氨氣下進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到800℃以上時(shí)，恒溫保持半個(gè)小時(shí)以上。
本發(fā)明首次通過對(duì)球磨后的原料，在流動(dòng)的氨氣中熱處理，得到了純凈的氮化硼納米管。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。關(guān)鍵技術(shù)在于1.合適的原料，并球磨在4h以上。
2.熱處理在流動(dòng)的氨氣氣氛下進(jìn)行，加熱的溫度在800℃以上，保溫的時(shí)間在0.5h以上；制備出的氮化硼納米管用掃描電、X射線衍射，透射電鏡、選區(qū)電子衍射、高分辨透射電鏡以及能量損失譜等手段對(duì)其成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果表明，制備的氮化硼納米管結(jié)晶度好，為純相的六方結(jié)構(gòu)的單晶，呈圓柱形或竹節(jié)等形貌，其直徑最小的為幾個(gè)納米，最大的在200納米左右，長(zhǎng)度達(dá)10微米左右。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝簡(jiǎn)便易行，熱處理溫度低，安全性高。低成本、高產(chǎn)量、純度好，能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，是比較理想的制備方法。本發(fā)明對(duì)氮化硼納米管在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了進(jìn)一步的便利條件，具有重大的實(shí)用價(jià)值。
實(shí)施例實(shí)施例1以純度為99.8％的硼粉為原料，球磨一定的時(shí)間后在真空管式爐內(nèi)通入流動(dòng)的氨氣進(jìn)行加熱，氨氣的流速為100ml/min，升溫的速度10℃/min。當(dāng)溫度達(dá)到1000℃時(shí)，再恒溫保持6h。用稀鹽酸、蒸餾水和乙醇對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)次清洗后，在的真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即為所制備的竹節(jié)結(jié)構(gòu)氮化硼納米管。
實(shí)施例2以純度為99.8％的硼粉為原料，球磨一定的時(shí)間后在真空管式爐內(nèi)通入流動(dòng)的氨氣進(jìn)行加熱，氨氣的流速為100ml/min，升溫的速度10℃/min。當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，再恒溫保持6h。得到白色的粉末，即為所制備的以圓柱形結(jié)構(gòu)為主和少量竹節(jié)結(jié)構(gòu)的氮化硼納米管。
實(shí)施例3將一定比例的硼粉(純度99.8％)與Fe2O3(分析純)球磨后在真空管式爐內(nèi)通入流動(dòng)的氨氣進(jìn)行加熱，氨氣的流速為100ml/min，升溫的速度6-10℃/min。當(dāng)溫度達(dá)到1300℃時(shí)，再恒溫保持3h。用稀鹽酸、蒸餾水和乙醇對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)次清洗后，在的真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即為所制備的氮化硼納米管。
實(shí)施例4將一定比例的硼酸(純度99.8％)與活性炭的混合物，球磨后將在真空管式爐中，通入流動(dòng)的氨氣進(jìn)行加熱，氨氣的流速為150ml/min，升溫的速度6℃/min。當(dāng)溫度達(dá)到1300℃時(shí)，再恒溫保持0.5h以上。用稀鹽酸、蒸餾水和乙醇對(duì)樣品進(jìn)行清洗后，在真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即為所制備的氮化硼納米管。
實(shí)施例5將一定比例的氧化硼與石墨的混合物，球磨后在通入流動(dòng)氨氣的真空管式爐中進(jìn)行加熱，氨氣的流速為100ml/min，升溫的速度7℃/min。當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，再恒溫保持6h。用稀鹽酸、蒸餾水和乙醇對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)次清洗后，在真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即為所制備氮化硼納米管。納米管由直徑為80-120納米呈竹節(jié)結(jié)構(gòu)且在表面及周圍生長(zhǎng)出直徑為幾個(gè)納米的細(xì)小納米管復(fù)合而成。
實(shí)施例6將一定比例的氧化硼與活性炭的混合物，球磨后在通入流動(dòng)氨氣的真空管式爐中進(jìn)行加熱，氨氣的流速為100ml/min，升溫的速度7℃/min。當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，再恒溫保持6h。用稀鹽酸、蒸餾水和乙醇對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)次清洗后，在真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即為所制備氮化硼納米管。
權(quán)利要求
1.一種氮化硼納米管的制備方法，其特征在于選用氧化硼、硼酸等含硼元素且無毒性的硼類化合物為原料，先球磨4h以上，然后在流動(dòng)的氨氣下加熱至800℃以上，保溫0.5h以上。冷卻后取出，經(jīng)清洗后干燥，得到白色粉末即為氮化硼納米管。
全文摘要
一種制備氮化硼納米管的新方法，涉及無機(jī)納米材料。選用氧化硼、硼酸等含硼元素且無毒性的硼類化合物為原料，先球磨一定的時(shí)間，然后在流動(dòng)的氨氣或氮?dú)庀录訜嶂?00℃以上，保溫0.5h以上。冷卻后取出，用稀鹽酸、蒸餾水和乙醇對(duì)樣品進(jìn)行清洗后干燥，得到白色粉末即為氮化硼納米管。此方法工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，易于批量生產(chǎn)。產(chǎn)率達(dá)到80％以上。所制備的氮化硼納米管為半導(dǎo)體，可以在納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)陶瓷材料、儲(chǔ)氫以及防止氧化的包覆層，推進(jìn)劑添加劑以及復(fù)合阻燃等方面應(yīng)用，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C01B21/064GK1587030SQ20041006882
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月8日
發(fā)明者曹傳寶, 籍鳳秋 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)