溶膠凝法制備硼碳氮納米管及其生長機理的研究.pdf

1、近年來，碳納米管的衍生物--三元硼碳氮體系材料成為國際納米技術(shù)和新材料領(lǐng)域的研究熱點。硼碳氮納米管不僅具有與碳納米管相近的優(yōu)異機械性能，還有更好的電學(xué)性能和抗氧化能力。除此之外，它還具有強鐵磁性和優(yōu)良的藍(lán)紫光發(fā)光性能。更為重要的是，不同于碳納米管的電學(xué)性能依賴于其直徑和手性，硼碳氮納米管的電學(xué)性能只與組成有關(guān)，且?guī)犊梢栽诤軐挼姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)。硼碳氮納米管的合成及其性能的研究能夠彌補碳納米管的不足，尤其是在電子、光電子和儲氫等領(lǐng)域，為納米管

2、材料在納米科技領(lǐng)域中的應(yīng)用帶來希望和發(fā)展的潛力。成功合成硼碳氮納米管的方法主要有電弧放電法、激光燒蝕法、機械球磨法、化學(xué)氣相沉積法、模板法(取代法)、催化熱解法和溶劑熱法等。然而，目前還沒有關(guān)于溶膠凝膠法的報道。
　　 本論文對近些年來國內(nèi)外關(guān)于硼碳氮納米管的研究進展進行了綜述，首次提出了采用溶膠凝膠法合成硼碳氮納米管，且使用的原料無毒安全，方法有效經(jīng)濟。此法選用以5.71×10-5mol聚乙烯醇(PVA-124)、0.01 m

3、ol硼酸、0.1 mol尿素、0.01 mol九水硝酸鐵為原料，在反應(yīng)溫度為1100℃，反應(yīng)氣氛為NH3，反應(yīng)流量為50 ml·min-1，反應(yīng)時間為4h時合成出高質(zhì)量和產(chǎn)量的平均直徑約為70 nm的圓柱形B-C-N納米管。利用傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜(EDX)、透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨透射電鏡(HRTEM)等表征方法來分析所合成的納米管的形貌、結(jié)構(gòu)和成分。
　　 同時還探討

4、了溶膠凝膠法制備硼碳氮納米管的影響因素研究如反應(yīng)原料的含量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)氣氛的種類及流量等。結(jié)果表明，通過PVA/H3BO3的交聯(lián)反應(yīng)后，在一定程度上可以避免H3BO3玻璃化的問題。以及PVA/H3BO3的交聯(lián)與PVA/CO(NH2)2的交聯(lián)反應(yīng)，能使B、C及N源達(dá)到原子水平的混合，有利于合成BCN納米管。在制備BCN納米管的實驗中，首次通過溶膠凝膠法成功使用硼酸作為反應(yīng)原料，大大降低了以往工藝的成本。此外，溶膠凝膠法還能在較溫和的實