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文檔簡介
1、氮化硼作為一種重要的Ⅲ-Ⅴ族無機非金屬材料,具有一系列優(yōu)異的物理化學性質,在很多方面具有潛在的應用前景。其主要結構有層狀氮化硼(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構,它們具有相似的物理化學性質,如良好的潤滑性、耐化學腐蝕性、高熱導率等。與石墨不同的是,層狀氮化硼是一種寬帶隙半導體或者絕緣材料,還能實現(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構的氮化硼材料可能會導致更加優(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,對于其它形貌和結構的氮化硼納米材料的研究尚不夠深入。在本論文我們在低溫低壓條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性質、發(fā)光性質等性能。
(1)近年來,通過化學方
3、法以零維、一維、二維等納米結構基元構筑更復雜的多維、多級納米結構材料是有序物質科學的重要進展,由于具有此類結構的材料常常表現(xiàn)出與常規(guī)低維度納米材料不同的電學、熱學、光學、磁學、力學及化學方面的性質,這為構筑和集成高級納米器件提供了嶄新的策略。目前,有關氮化硼多級納米結構的研究尚存空白。在本文中,通過硼粉和氨基鈉在500℃下反應,我們成功制備了由納米薄片組裝而成的多級花狀氮化硼結構。X-射線衍射和紅外分析表明所制備的樣品為高結晶性的三方相
4、氮化硼(r-BN)結構。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構。熱重測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。對比試驗發(fā)現(xiàn),縮短反應時間只能得到一些小碎片和顆粒,因此可以推斷反應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,并在此基礎上生長出氮化硼薄片,最后組裝而成多級花狀氮化硼納米結構。具有尖端薄片的氮化硼納米片有望用于場發(fā)射電子器件
5、,在微電子學領域發(fā)揮應用。
(2)空心納米結構材料往往具有較大的比表面積和相對輕質的特點,在催化、藥物釋放、化學傳感器、生物技術、分離以及光電子等諸多領域都有著潛在的應用前景。制備此類結構材料的一般策略是利用各種硬模板或軟模板劑對目標結構進行復制。氮化硼作為一種重要的Ⅲ-Ⅴ族材料,具有優(yōu)異的熱傳導性能和化學穩(wěn)定性,其空心結構受到了極大的關注。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為反應物,采取反應釜內(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構材料,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,比表面積達到89.8m2/g,熱重測試顯示其抗氧化溫度達到800℃。對比試驗表明在300℃時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、化硼空心結構材料有望用于儲氫及催化等領域。
(3)三維有序大孔材料是多孔材料研究的新領域,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。目前有關氮化硼大孔材料的研究相對較少,有待進一步探索。在本文中,我們通過NH4BF4與鐵粉在500℃反應制備了疏松的氮化硼大孔材料,孔隙率達到73.7%,比表面積為122m2/g,不過孔洞
8、直徑較大,達到亞微米級,而且孔洞結構也不均一。經(jīng)過在條件不變的情況下加入適量的硫粉參與反應,同樣得到了三維氮化硼大孔材料,但各項織構特征得到明顯改善,孔隙率達到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。對比試驗顯示在反應溫度下硫粉變?yōu)榱蛘魵?,可能促進了氮化硼片層發(fā)生卷曲,形成更為豐富的孔洞結構,并且加入硫粉可能使反應物的接觸機會增多,從而使反應更加完全,提高了產(chǎn)率。這種不需添加模板、制備過程簡便的合成大孔氮化
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