CN110835098B - 氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料及其制备方法 - Google Patents
氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110835098B CN110835098B CN201810934659.2A CN201810934659A CN110835098B CN 110835098 B CN110835098 B CN 110835098B CN 201810934659 A CN201810934659 A CN 201810934659A CN 110835098 B CN110835098 B CN 110835098B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron nitride
- catalyst
- nano
- intercalation
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 114
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 114
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 96
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 70
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 70
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 claims abstract description 51
- 239000012018 catalyst precursor Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 8
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- UQPSGBZICXWIAG-UHFFFAOYSA-L nickel(2+);dibromide;trihydrate Chemical compound O.O.O.Br[Ni]Br UQPSGBZICXWIAG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- FEONEKOZSGPOFN-UHFFFAOYSA-K tribromoiron Chemical compound Br[Fe](Br)Br FEONEKOZSGPOFN-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims description 3
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 2
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 claims description 2
- 239000000138 intercalating agent Substances 0.000 claims 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 12
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 9
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 7
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical group 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical class [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000012714 single-catalyst precursor Substances 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
- C01B21/0648—After-treatment, e.g. grinding, purification
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/16—Preparation
- C01B32/162—Preparation characterised by catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料及其制备方法。所述的制备方法包括：使作为插层剂的催化剂前驱体与氮化硼原料进行插层反应，制得氮化硼插层物；在设定温度下，使氮化硼被解理为氮化硼纳米片，以及，使催化剂前驱体被还原为催化剂，所述催化剂为生长碳纳米管所需的催化剂；将所获薄层氮化硼纳米片与催化剂的复合物置于适合碳纳米管生长的环境中，进行碳纳米管的生长，从而获得目标产物。本发明的制备工艺简单，成本低廉，环境友好，可以快速大量的制备氮化硼纳米片/碳纳米管复合体系粉末，所获的产物是新型的原位混合材料体系，其可以在特种气体和危废液体的吸附、绝缘导热材料添加剂以及抗磨材料添加剂等多种领域广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合纳米材料的制备方法，特别涉及一种氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
近年来，作为纳米科学领域的研究热点，二维纳米材料尤其是石墨烯、硫化钼、氮化硼等，由于具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观隧道效应等一系列特殊的量子效应，使其在声、光、电、磁、热以及力学等方面的性质较宏观材料发生重大的变化，加大了人们对二维纳米材料的研究热情。二维纳米材料氮化硼具有与石墨烯及其相似的结构和性质，都具有非常高的导热特性，并且氮化硼纳米薄片还有比石墨烯更好的化学稳定性、耐热特性和疏水特性。氮化硼纳米片还有着非常优异的绝缘特性，氮化硼为直接带隙的宽带隙半导体(带隙～5.9eV)，性能接近绝缘，而其电阻随温度变化非常微弱，25℃和2000℃时电阻率均为104Ω·cm，是陶瓷材料中最好的高温绝缘材料。而碳纳米管是一种一维碳纳米材料，有着非常完整的分子结构，并且具有非常高的一维热导率，化学稳定性和极好的电子传输性能。将两种材料混合起来，有着非常多的独特的应用，如稀有气体吸附、有机污染物吸附，耐磨增强材料，和绝缘导热添加剂等。氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料用作绝缘导热添加材料的原理如下：氮化硼的宽禁带可以有效的阻止电流的穿过，提高材料的耐压强度，起到绝缘的关键作用；而碳纳米管具有非常好的导电性可以使整个材料体系的所承受的电压均匀分散，不至于导致局部电压过大而击穿，从而使整个材料体系具有非常优异的耐电压特性。无论是氮化硼还是碳纳米管，热导率都非常高，将其作为导热添加剂填入到材料体系中，都可以使整个材料体系的热导率提高。
目前在薄层氮化硼纳米片上生长碳纳米管的方法，在国内外还是空白，人们对碳纳米管与氮化硼的复合材料制备仅仅停留在直接机械混合阶段，这种制备方法存在这很多问题，例如：
(1)氮化硼纳米片制备主要依靠球磨方法，这种制备方法获得的氮化硼较厚并且片层尺寸较小，不利于后期应用；
(2)直接将氮化硼纳米片和碳纳米管通过机械混合的方式进行分散，很难达到均匀分散的效果，尤其是碳纳米管，受其结构限制，很容易相互纠结在一起，而导致分散不均匀，这样，在将其作为绝缘散热材料就存在一定风险；
(3)直接机械混合的方法进行氮化硼和碳纳米管复合，碳纳米管和氮化硼之间的搭接会存在阻碍，不利于材料体系作为整体发挥作用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料及其制备方法，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料的制备方法，其包括：
(1)使作为插层剂的催化剂前驱体与氮化硼原料进行插层反应，制得氮化硼插层物；
(2)在设定温度下，使氮化硼被解理为氮化硼纳米片，以及使催化剂前驱体被还原为催化剂，所述催化剂为生长碳纳米管所需的催化剂；
(3)将步骤(2)所获反应产物置于适合碳纳米管生长的环境中，进行碳纳米管的生长，从而获得氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料。
在一些实施方案中，所述的步骤(1)可以包括：采用气相插层或熔盐插层方式，将一种或多种催化剂前驱体插入氮化硼的片层之间。
在一些实施方案中，所述的步骤(2)可以包括：同步完成催化剂前驱体的还原和氮化硼的解理。
在一些实施方案中，所述的步骤(2)可以包括：先进行氮化硼的解理，然后再将催化剂前驱体还原。
在一些实施方案中，所述的步骤(3)可以包括：采用化学气相沉积法生长碳纳米管时，所通入的碳源气体可以是气态碳源，也可以是液态碳源。
本发明实施例还提供了由前述任一种方法制备的氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料。
与现有技术相比，本发明提供的氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料制备工艺简单，成本低廉，环境友好，可以快速大量的制备氮化硼纳米片/碳纳米管复合体系粉末，所获的产物是一种新型的原位混合材料体系，其可以在特种气体和危废液体的吸附、绝缘导热材料添加剂以及抗磨材料添加剂等多种领域广泛应用。
附图说明
图1是本发明一典型实施方案中一种氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料的制备工艺原理图。
图2是本发明实施例1的氯化铁插层氮化硼的XRD图谱。
图3是本发明实施例1的氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料的扫描电镜图。
图4是本发明实施例3的氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料的扫描电镜图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
概括的讲，本发明实施例将碳纳米管生长所必须的催化剂前驱物作为插层剂，利用氮化硼块体材料层间空间大，可以插入小分子的特点，将催化剂前驱体均匀的插入氮化硼的层间；然后利用小分子在高温还原气氛下，可以迅速气化并还原的特点，将氮化硼剥离成氮化硼纳米片，并在反应过程中，使氮化硼纳米片表面附上还原形成的催化剂(主要是金属纳米颗粒)；之后，将氮化硼纳米片和催化剂的混合物置于碳纳米管生长的气体氛围内，在一定的温度下，生长一定的时间，获得氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料体系。
进一步地讲，本发明实施例提供的一种氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料的制备方法包括：
(1)使作为插层剂的催化剂前驱体与氮化硼原料进行插层反应，制得氮化硼插层物；
(2)在设定温度下，使氮化硼被解理为氮化硼纳米片，以及使催化剂前驱体被还原为催化剂，所述催化剂为生长碳纳米管所需的催化剂；
(3)将步骤(2)所获反应产物置于适合碳纳米管生长的环境中，进行碳纳米管的生长，从而获得氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料。
在一些实施方案中，所述的步骤(1)具体包括：将质量比不低于3：1的催化剂前驱体与氮化硼原料混合并置于密封环境中进行插层反应，反应温度200-800℃，反应时间为1-60h。
优选的，所述催化剂前驱物与氮化硼原料的质量比为3:1-50:1。
在一些实施方案中，所述的催化剂前驱体既能在高温环境中插入到氮化硼的片层中，又能够在氢气等还原气体作用下生成纳米级的金属颗粒，催化碳纳米管的生长。
所述氮化硼原料优选为氮化硼粉体等，但不限于此。
优选的，所述催化剂前驱体选自金属化合物。例如，所述金属化合物包括氯化铁、氯化镍、溴化铁、溴化镍、氯化铜、氯化铝中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
在一些实施方案中，所述的步骤(1)还包括：在所述的插层反应结束后，将所获氮化硼插层物水洗、干燥，备用。
在一些实施方案中，所述的步骤(2)具体包括：将氮化硼插层物置入密封反应室内，并通入还原性气体形成还原性气氛，再使所述反应室内的温度在30s内由室温升至设定温度，使氮化硼被解理为氮化硼纳米片，并使催化剂前驱体被还原为催化剂，所述设定温度高于800℃。
在一些实施方案中，所述的步骤(2)具体包括：将氮化硼插层物置入密封反应室内，并使所述反应室内的温度在30s内由室温升至设定温度，使氮化硼被解理为氮化硼纳米片，之后向所述反应室内通入还原性气体形成还原性气氛，使催化剂前驱体被还原为催化剂，所述设定温度高于800℃。
优选的，所述设定温度为1000-1500℃。
优选的，所述的步骤(2)具体包括：使所述反应室内的温度由室温升至设定温度的时间小于10s。
优选的，所述还原性气体为氢气。
优选的，所述催化剂为金属纳米颗粒，其材质可以是铜、铁、铝、镍等。优选的，所述催化剂的粒径小于100nm。
在一些实施方案中，所述的步骤(3)具体包括：采用化学气相沉积法生长碳纳米管，其中碳源气体流量为1-1000sccm，氢气流量为10-1000sccm，惰性气体流量为0-1000sccm，生长压力为1-800torr，生长温度为500-1500℃，生长时间在1分钟以上。
进一步的，所述碳源包括气态碳源或液态碳源。例如，所述液相碳源包括甲醇、乙醇、丙醇和芳香烃中的任意一种或两种以上的组合，所述气相碳源包括甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、乙烯和丙烯中的任意一种或两种以上的组合，但均不限于此。
请参阅图1所示，在本发明的一典型实施方案中，一种氮化硼纳米片/碳纳米管复合体系的制备方法主要包括如下几个步骤
1)碳纳米管的催化剂前驱体插入氮化硼的片层之中；
2)催化剂前驱体的还原，以及，氮化硼的解理(形成薄层氮化硼纳米片)；
3)在氮化硼纳米片上进行碳纳米管的复合生长。
具体地讲，所述的制备方法包括：取一定量的催化剂前驱体与氮化硼粉末充分混合均匀，置于密闭的反应容器中，在一定的温度和压力下进行插层，然后将所获氮化硼插层物置于氢气还原气氛中，高温同步进行催化剂的还原和氮化硼的解理，然后在通入适合碳纳米管生产的环境中进行碳纳米管生长，直至获得目标产物。其中，催化剂前驱体插入氮化硼层间，主要采用气相插层的手段，也可以采用熔盐插层的手段，可以插入单一的一种催化剂前驱体，也可以插入几种催化剂前驱体。在氢气还原催化剂前驱体和氮化硼解理成薄层氮化硼纳米片时，这两个步骤可以同时进行，也可以分别进行，先进行氮化硼的解理，然后再通入氢气气体将催化剂前驱体进行还原。在化学气相沉积生长碳纳米管时，所通入的碳源气体可以是气态碳源，也可以是液态碳源如甲醇、乙醇、丙醇等气体，由氢气或惰性气体带入到反应气氛中。
在一些更为具体的实施方案中，所述的制备方法可以包括：将一定量的氯化铁、氯化镍、溴化铁、溴化镍、氯化铜、氯化铝等固体粉末中的一种或几种与氮化硼粉末按3:1—50:1的比例混合均匀后，置于密闭的石英或玻璃或聚四氟反应装置中，将密闭的反应装置内调制一定的气压，然后放置于高温烘箱或马弗炉中，根据氮化硼插层物的不同，温度设定为200-800℃，插层反应时间由插层物和插层物的量决定，反应时长为1-60小时；充分反应后，关闭加热装置，将反应装置自然冷却至室温，打开插层反应装置，用清水洗干净氮化硼插层物，并用烘箱60℃烘干2-24小时。可得到一定插层阶数的氮化硼插层物。将氮化硼插层物放入可同入气体并可调节压强的管式炉中，排尽空气后，通入一定量的氢气，迅速将管式炉升温至800-1500℃左右，可以获得薄层氮化硼纳米片和碳纳米管生长所需的纳米级催化剂颗粒。再向管式炉中通入一定量的碳源气体和惰性气体以及氢气，进行碳纳米管的生长，生长一段时间后，停止对管式炉加热，通入惰性保护气体，直至管式炉自然冷却到室温，停止通入惰性气体，取出反应物，即可得到氮化硼纳米片与碳纳米管的复合材料。
本发明实施例还提供了由前述任一种方法制备的氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料。其中，碳纳米管是原位生长在薄层氮化硼纳米片表面，既可利用碳纳米管阻隔薄层氮化硼纳米片，亦同时利用薄层氮化硼纳米片阻隔了碳纳米管，使整个复合材料体系更易均匀分散。
本发明的氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料可以在特种气体及危废液体的吸附，绝缘导热材料添加剂，以及抗磨材料添加剂等多种领域广泛应用。
以下结合若干实施例及附图对本发明的技术方案作进一步地说明。
实施例1：该氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料的制备方法包括：采用无水氯化铁作为插层剂，反应时，将3g无水氯化铁粉末和1g氮化硼粉末(尺寸为10-20微米)，分别置于插层室的两个区间，将插层室密闭后，置于高温烘箱内，反应温度调为300℃，反应时间为40小时。待反应完毕后，将插层室取出后，打开清洗干净，发现原来白色的氮化硼粉末已经变为淡黄色。对插层后的粉末进行XRD分析(图2)，可以看到氮化硼被氯化铁插层后产生了新的插层峰，插层为2阶插层。将插层物至于管式炉的石英管中，真空排尽石英管内的空气，然后通入氢气，将管式炉升温至1000℃，然后打开管式炉，迅速将石英管放置于加热区域内，使其在30秒之内迅速升温，此过程反应5分钟，此过程会形成氮化硼纳米片和金属纳米铁颗粒的混合物。保持加热区间1000℃不变，然后通入氩气，氢气，甲烷气体，流量分别为500sccm、100sccm和40sccm，反应20分钟，此时生成的碳纳米管会进一步剥离氮化硼纳米片，最终形成氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料体系粉末，其扫描电镜如图3。
实施例2：本实施例与实施例1的具体操作基本相同，区别之处在于：催化剂前驱体采用共混的方式进行，催化剂前驱体采用无水氯化铁2g和无水氯化镍2g，该二者与1g氮化硼粉末在密闭的石英容器中进行反应，插层反应温度为800℃，插层时间为60小时。
实施例3：本实施例与实施例1的具体操作基本相同，区别之处在于：在化学气相沉积碳纳米管的过程中对碳源进行修改，生长碳纳米管的碳源气体变为乙烯或者液态碳源甲醇或乙醇，所生长的复合体系扫描电镜如图4。
实施例4：本实施例与实施例1的具体操作基本相同，区别之处在于：催化剂前驱体采用溴化铁或溴化镍，催化剂前驱物与氮化硼原料的质量比为3:1，插层反应温度为800℃，插层时间为1小时。氮化硼插层物的解离还原温度为900℃，升温时间在10s以内。
实施例5：本实施例与实施例1的具体操作基本相同，区别之处在于：催化剂前驱体采用氯化铝，催化剂前驱物与氮化硼原料的质量比为50:1，插层反应温度为200℃，插层时间为60小时。氮化硼插层物的解离还原温度为1500℃，升温时间在20s以内。
实施例6：本实施例与实施例1的具体操作基本相同，区别之处在于：催化剂前驱物与氮化硼原料的质量比为10:1，生长碳纳米管的温度为1500℃，然后通入氩气，氢气，甲烷气体，流量分别为300sccm、200sccm和40sccm，反应20分钟。
此外，本案发明人还参照前述实施例1-实施例6，以本说明书所列的其它原料及工艺条件进行了氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料的制备，所获产物的结构及性能与前述实施例相似。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)使作为插层剂的催化剂前驱体与氮化硼原料按照不低于3：1的质量比混合并置于密封环境中进行插层反应，反应温度200-800℃，反应时间为1-60小时，制得氮化硼插层物，所述催化剂前驱体选自氯化铁、氯化镍、溴化铁、溴化镍、氯化铜、氯化铝中的任意一种或两种以上的组合；
(2)将氮化硼插层物置入密封反应室内，并通入还原性气体形成还原性气氛，再使所述反应室内的温度在30s内由室温升至设定温度，使所述氮化硼插层物中的氮化硼被解理为氮化硼纳米片，催化剂前驱体被还原为催化剂，所述设定温度高于800℃，所述还原性气体为氢气，所述催化剂为生长碳纳米管所需的催化剂，所述催化剂为粒径小于100nm的金属纳米颗粒；
(3)将步骤(2)所获反应产物置于适合碳纳米管生长的环境中，采用化学气相沉积法生长碳纳米管，并使氮化硼纳米片被进一步剥离，其中碳源气体流量为1-1000sccm，氢气流量为10-1000sccm，惰性气体流量为0-1000sccm，生长压力为1-800torr，生长温度为500-1500℃，生长时间在1分钟以上，从而获得氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述催化剂前驱物与氮化硼原料的质量比为3:1-50:1。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述设定温度为1000-1500℃。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）具体包括：使所述反应室内的温度由室温升至设定温度的时间小于10s。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述碳源选自气态碳源或液态碳源，所述液态碳源选自甲醇、乙醇、丙醇和芳香烃中的任意一种或两种以上的组合，所述气态碳源选自甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、乙烯和丙烯中的任意一种或两种以上的组合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810934659.2A CN110835098B (zh) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | 氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810934659.2A CN110835098B (zh) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | 氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110835098A CN110835098A (zh) | 2020-02-25 |
| CN110835098B true CN110835098B (zh) | 2023-10-31 |
Family
ID=69574250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810934659.2A Active CN110835098B (zh) | 2018-08-16 | 2018-08-16 | 氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110835098B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111471278A (zh) * | 2020-05-12 | 2020-07-31 | 长兴电子材料（昆山）有限公司 | 一种低温高辐射热的环氧树脂组合物及其应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103241721A (zh) * | 2013-05-13 | 2013-08-14 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 石墨烯/碳纳米管复合体系的制备方法 |
| CN105984858A (zh) * | 2015-01-27 | 2016-10-05 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 自支撑的氮化硼纳米片柔性薄膜及其制备方法 |
| CN107674412A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-09 | 常州市日臣艺术装饰材料有限公司 | 一种高导热聚合物基复合材料的制备方法 |
-
2018
- 2018-08-16 CN CN201810934659.2A patent/CN110835098B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103241721A (zh) * | 2013-05-13 | 2013-08-14 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 石墨烯/碳纳米管复合体系的制备方法 |
| CN105984858A (zh) * | 2015-01-27 | 2016-10-05 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 自支撑的氮化硼纳米片柔性薄膜及其制备方法 |
| CN107674412A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-02-09 | 常州市日臣艺术装饰材料有限公司 | 一种高导热聚合物基复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Exfoliation of Hexagonal Boron Nitride via Ferric Chloride Intercalation;Ching-cheh Hung等;《NASA/TM》;20141231;全文 * |
| New Molecular Compounds of the Layer Lattice type IV. New Molecular Compounds of Boron Nitride;RC Croft;《Australian Journal of Chemistry》;19561231;全文 * |
| Synthesis, thermal stability and electrochemical behavior of lithium boron nitride intercalation compounds;Jungryang.Kim;《京都大学学術情報リポジトリ》;20180228;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110835098A (zh) | 2020-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | In-situ pyrolyzed polymethylsilsesquioxane multi-walled carbon nanotubes derived ceramic nanocomposites for electromagnetic wave absorption | |
| Zhang et al. | Recent advances in microwave initiated synthesis of nanocarbon materials | |
| CN105819710B (zh) | 一种石墨烯/玄武岩复合材料及其制备方法 | |
| CN103241721B (zh) | 石墨烯/碳纳米管复合体系的制备方法 | |
| Bagotia et al. | A comparative study of electrical, EMI shielding and thermal properties of graphene and multiwalled carbon nanotube filled polystyrene nanocomposites | |
| CN111170309A (zh) | 一种超长少壁碳纳米管阵列的制备方法 | |
| CN107986267A (zh) | 一种还原氧化石墨烯粉末提质改性的方法及其加热炉 | |
| CN110182788A (zh) | 一种高收率制备碳纳米管的装置及方法 | |
| Ding et al. | Low-temperature synthesis of sp2 carbon nanomaterials | |
| Wang et al. | Effect of Mo addition on the microstructure and catalytic performance Fe-Mo catalyst | |
| Wang et al. | Continuous preparation of structure-controlled carbon nanoparticle via arc plasma and the reinforcement of polymeric composites | |
| Chen et al. | Bioinspired synthesis of CVD graphene flakes and graphene-supported molybdenum sulfide catalysts for hydrogen evolution reaction | |
| CN110835098B (zh) | 氮化硼纳米片/碳纳米管复合材料及其制备方法 | |
| CN106191805B (zh) | 一种磁性石墨烯复合薄膜的制备方法 | |
| Zhao et al. | Carbon nanotube growth in the pores of expanded graphite by chemical vapor deposition | |
| Liu et al. | Enhanced microwave absorbing performance of Ni-containing SiCN ceramics by constructing multiple interfaces and in-situ generating MWCNTs | |
| Yuan et al. | Direct growth of vertically well-aligned carbon nanotube arrays on atomic layer deposition of ZnO films | |
| Raman et al. | Synthesis of silicon carbide nanofibers by sol-gel and polymer blend techniques | |
| KR102031413B1 (ko) | 그래핀 나노구체 제조방법 | |
| Zhang et al. | In-situ preparation of carbon nanotubes on CuO nanowire via chemical vapor deposition and their growth mechanism investigation | |
| Zhang et al. | Modulating the diameter of carbon nanotubes in array form via floating catalyst chemical vapor deposition | |
| Zhang et al. | In situ growing CNTs/TiO2 heterojunction on MXene sheets for enhanced microwave absorption via multiple electron transfer paths and polarization | |
| KR101400163B1 (ko) | 탄소나노트리 및 그의 제조방법 | |
| US10421061B2 (en) | Preparation method of alumina-carbon nano tube composite powder material | |
| GB2601622A (en) | Method for continuously mass-manufacturing graphene using high-temperature plasma emission method and graphene manufactured by manufacturing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |