氮化硼、硼碳氮納米管的制備及其生長(zhǎng)機(jī)理的研究.pdf

1、氮化硼納米管（BN-NTs）、硼碳氮納米管（BCN-NTs）等一維納米結(jié)構(gòu)是繼碳納米管之后的又一類成為研究熱點(diǎn)的類石墨輕元素納米材料。氮化硼納米管有著不同于碳納米管的電學(xué)性能，其禁帶寬度不隨納米管的直徑和手性改變而變化，始終保持在5.5 eV左右，表現(xiàn)出穩(wěn)定的導(dǎo)電性能。另外，它還具有耐高溫、良好的抗氧化性能特點(diǎn)，使其在高溫半導(dǎo)體電子器件、儲(chǔ)能材料、磁性材料等方面有著潛在的廣闊的應(yīng)用前景。由硼、碳、氮三元素構(gòu)成的納米管具有與碳納米管相近的

2、優(yōu)異機(jī)械性能，其導(dǎo)熱性能好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、電學(xué)性能和抗氧化性能優(yōu)于碳納米管，同時(shí)鐵磁性強(qiáng)、藍(lán)紫光發(fā)光性能優(yōu)異。BCN納米管的電子結(jié)構(gòu)取決于其成分，與其幾何手性無(wú)關(guān)，且其能隙可以在石墨和氮化硼之間調(diào)節(jié)，使其在儲(chǔ)氫、陶瓷、催化、電子等領(lǐng)域擁有很高的應(yīng)用價(jià)值。但是，目前關(guān)于BCN納米管研究的報(bào)道并不多。
　　 本文綜述了近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于氮化硼和硼碳氮一維納米結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，提出了一種新穎且簡(jiǎn)單的化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制備氮化硼和

3、硼碳氮納米管的合成路線，并利用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、高分辨透射電鏡（HRTEM）、電子能量損失譜（EELS）和X射線能譜（EDX）等表征方法，分析了所得納米管的形貌、結(jié)構(gòu)和成分，并由分析結(jié)果探討了這兩種納米管的生長(zhǎng)機(jī)理。
　　 以無(wú)定形硼粉為硼源，與氧化鋅均勻混合，在1200℃于氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚夥障路磻?yīng)合成了大量的竹節(jié)狀氮化硼納米管，納米管直徑較為均勻，在80 nm左右，納米管中的B和N原子處于s

4、p2雜化狀態(tài)，納米管的結(jié)晶程度非常高。分析表明，BN納米管的生長(zhǎng)機(jī)制可歸結(jié)為氣-液-固（VLS）生長(zhǎng)模型。
　　 采用無(wú)定形硼粉、氧化鋅和無(wú)水乙醇為原料，在氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚夥障?，?150℃下合成了大量的竹節(jié)狀硼碳氮納米管。從形貌、微觀結(jié)構(gòu)等分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所制備的硼碳氮納米管是以B，C和N原子sp2雜化成鍵的三元化合物，沒(méi)有出現(xiàn)BN和C相分離的現(xiàn)象，納米管呈現(xiàn)了很高的結(jié)晶程度，同時(shí)，制備的硼碳氮納米管純度非常高、直徑均勻。分析研

5、究表明硼碳氮納米管的生長(zhǎng)機(jī)制也屬于氣-液-固（VLS）生長(zhǎng)模型。
　　 反應(yīng)溫度、氣體流量、乙醇用量等對(duì)硼碳氮納米管的結(jié)構(gòu)和形貌有較大影響。結(jié)果表明，合適的反應(yīng)溫度、氣體流速及氫氣的含量下才能合成出質(zhì)量較好的納米管產(chǎn)物。而當(dāng)氣體流量過(guò)大時(shí)，因?yàn)榧{米管生長(zhǎng)原料被帶出反應(yīng)室太快，不利于納米管的形成；反應(yīng)溫度太低，所得到的產(chǎn)物形貌雜亂；乙醇用量太大會(huì)造成硼碳氮納米管的生長(zhǎng)被抑制，只能得到碳納米管；采用二茂鐵作催化劑時(shí)，若將其溶解在無(wú)水