CN1281481C - 一种制备氮化硼纳米管的方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备氮化硼纳米管的新方法，涉及无机纳米材料。选用氧化硼、硼酸等含硼元素且无毒性的硼类化合物为原料，先球磨一定的时间，然后在流动的氨气或氮气下加热至800℃以上，保温0.5h以上。冷却后取出，用稀盐酸、蒸馏水和乙醇对样品进行清洗后干燥，得到白色粉末即为氮化硼纳米管。此方法工艺简单，条件温和，易于批量生产。产率达到80%以上。所制备的氮化硼纳米管为半导体，可以在纳米电子器件、纳米结构陶瓷材料、储氢以及防止氧化的包覆层，推进剂添加剂以及复合阻燃等方面应用，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明是制备纯度高、产率大的氮化硼纳米管的新方法，涉及无机纳米材料。
背景技术
氮化硼纳米管是一种非常特别的纳米管状材料。它具有稳定的绝缘性，高热稳定性和化学稳定性以及特殊的力学性能和电学性能。近年来在一维纳米材料领域受到了巨大关注。电子结构计算表明，氮化硼纳米管为一种半导体材料，具有固定的能带宽度(5.5ev)。与纳米碳管不同，其带系不依赖于管的直径、手性特征及纳米管的壁数。因此，氮化硼纳米管简化了一维纳米管能带的复杂性，使得制造纳米级的半导体元件成为可能，为一维纳米结构的研究与应用提供了一个诱人的前景。氮化硼纳米管可以在纳米电子器件、纳米结构陶瓷材料、储氢以及防止氧化的包覆层等方面发挥其潜在的作用，具有良好的应用前景。
氮化硼纳米管的制备技术。现在报道的很多。著名的制备方法有电弧放电法，激光烧蚀法，电弧熔融法，化学气相沉积法以及化学法等。上述这些方法，有的需要在高温或高压条件下进行，有的在控制反应条件时很困难，而且通常得到氮化硼纳米管结构分散，产量少，纯度低。使得氮化硼纳米管在应用方面受到了一定程度的限制。球磨法是制备纳米粉末常用的方法，已成功地制备出纳米晶体、纳米粒子以及纳米复合组分。在球磨过程中，由于研磨体和物质之间的摩擦、碰撞和挤压，导致物质的结构变化，如产生内应力、塑性变形、缺陷和裂纹等。由于物质的结构变化以及化学反应是由机械能引发的，而不是热能，所以化学反应在常温下即可发生，且属于非平衡反应。与上述电弧放电法和电弧熔融法相比在，球磨法在室温下进行，且退火温度低(＜1500℃)。但用此方法分别合成纳米管的还不多见。YingChen等人在室温下分别对B粉和氮化硼粉末进行球磨，然后对其进行退火处理，得到了氮化硼纳米管。由于热处理是在流动的氮气下进行的，所以他们得到的氮化硼纳米管纯度低，产率也不高。为获得高产量的氮化硼纳米管，我们采用球磨法，以氧化硼、硼酸等含硼元素且无毒性的硼类化合物为原料，先球磨一定的时间，然后在流动的氨气下进行热处理，加热至800℃以上的温度后保温一定时间，经清洗后得到了相纯度高，产率大的氮化硼纳米管。我们采用的制备方法，所需设备简单，工艺简便易行，热处理温度低，安全性高。低成本、高产量、纯度好、生长可控，能实现批量生产，是比较理想的制备方法。因此本发明对于氮化硼纳米管在纳米领域的进一步广泛应用具有重大意义。
发明内容
本发明是这样实现的：首先选用氧化硼、硼酸等含硼元素且无毒性的硼类化合物为原料，先球磨4h以上，然后在流动的氨气下加热至800℃以上，保温0.5h以上。冷却后取出，经清洗后干燥，得到白色粉末即为氮化硼纳米管。
附图说明：
附图1.所制备产物的扫描电子显微镜形貌图，反映出产物中氮化硼纳米管的产量高；
附图2.所制备产物的X射线衍射谱图，证明产物为纯相、六方结构的氮化硼晶体；
附图3.圆柱形貌氮化硼纳米管的透射电镜照片；
附图4.竹节形貌氮化硼纳米管的透射电镜照片；
附图5.选区电子衍射花样照片，说明制备的氮化硼纳米管为单晶结构；
附图6.高分辨电子显微镜照片，反映氮化硼纳米管具有良好的结晶度；
附图7.电子能量损失谱图，进一步证明纳米管的成分为氮化硼。
结合附图和具体实施方式解释如下：
1.以氧化硼、硼酸等含硼元素且无毒性的硼类化合物为原料，先球磨4h以上。
2.将球磨后的原料在流动的氨气下进行加热，当温度达到800℃以上时，恒温保持半个小时以上。
本发明首次通过对球磨后的原料，在流动的氨气中热处理，得到了纯净的氮化硼纳米管。本发明制备工艺简单，反应条件温和，能实现批量生产。关键技术在于：
1.合适的原料，并球磨在4h以上。
2.热处理在流动的氨气气氛下进行，加热的温度在800℃以上，保温的时间在0.5h以上；
制备出的氮化硼纳米管用扫描电、X射线衍射，透射电镜、选区电子衍射、高分辨透射电镜以及能量损失谱等手段对其成分和结构进行表征。结果表明，制备的氮化硼纳米管结晶度好，为纯相的六方结构的单晶，呈圆柱形或竹节等形貌，其直径最小的为几个纳米，最大的在200纳米左右，长度达10微米左右。
本发明的优点是：所需设备简单，工艺简便易行，热处理温度低，安全性高。低成本、高产量、纯度好，能实现批量生产，是比较理想的制备方法。本发明对氮化硼纳米管在相关领域的应用提供了进一步的便利条件，具有重大的实用价值。
实施例
实施例1：以纯度为99.8％的硼粉为原料，球磨一定的时间后在真空管式炉内通入流动的氨气进行加热，氨气的流速为100ml/min，升温的速度10C°/min。当温度达到1000℃时，再恒温保持6h。用稀盐酸、蒸馏水和乙醇对样品进行数次清洗后，在的真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即为所制备的竹节结构氮化硼纳米管。
实施例2：以纯度为99.8％的硼粉为原料，球磨一定的时间后在真空管式炉内通入流动的氨气进行加热，氨气的流速为100ml/min，升温的速度10C°/min。当温度达到1200℃时，再恒温保持6h。得到白色的粉末，即为所制备的以圆柱形结构为主和少量竹节结构的氮化硼纳米管。
实施例3
将一定比例的硼粉(纯度99.8％)与Fe2O3(分析纯)球磨后在真空管式炉内通入流动的氨气进行加热，氨气的流速为100ml/min，升温的速度6-10C°/min。当温度达到1300℃时，再恒温保持3h。用稀盐酸、蒸馏水和乙醇对样品进行数次清洗后，在的真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即为所制备的氮化硼纳米管。
实施例4：
将一定比例的硼酸(纯度99.8％)与活性炭的混合物，球磨后将在真空管式炉中，通入流动的氨气进行加热，氨气的流速为150ml/min，升温的速度6C°/min。当温度达到1300℃时，再恒温保持0.5h以上。用稀盐酸、蒸馏水和乙醇对样品进行清洗后，在真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即为所制备的氮化硼纳米管。
实施例5：将一定比例的氧化硼与石墨的混合物，球磨后在通入流动氨气的真空管式炉中进行加热，氨气的流速为100ml/min，升温的速度7C°/min。当温度达到1200℃时，再恒温保持6h。用稀盐酸、蒸馏水和乙醇对样品进行数次清洗后，在真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即为所制备氮化硼纳米管。纳米管由直径为80-120纳米呈竹节结构且在表面及周围生长出直径为几个纳米的细小纳米管复合而成。
实施例6：将一定比例的氧化硼与活性炭的混合物，球磨后在通入流动氨气的真空管式炉中进行加热，氨气的流速为100ml/min，升温的速度7C°/min。当温度达到1200℃时，再恒温保持6h。用稀盐酸、蒸馏水和乙醇对样品进行数次清洗后，在真空干燥箱中烘干后得到白色的粉末，即为所制备氮化硼纳米管。
Claims (1)
1.一种氮化硼纳米管的制备方法，其特征在于：选用氧化硼或硼酸为原料，先球磨4h以上，然后在流动的氨气下加热至800℃以上，保温0.5h以上，冷却后取出，经清洗后干燥，得到白色粉末即为氮化硼纳米管。
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