氮化硼納米材料的制備及改性研究.pdf

1、氮化硼(BN)納米結(jié)構(gòu)與碳納米結(jié)構(gòu)類似,兼具高楊氏模量、高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)。BN納米材料突出的高溫穩(wěn)定性和電學(xué)可調(diào)諧的特性使其成為開(kāi)發(fā)電子納米器件的熱門材料。此外,與碳納米材料相比,BN納米結(jié)構(gòu)被認(rèn)為具有更好的生物相容性,有望應(yīng)用于生物傳感領(lǐng)域。然而,BN納米材料的制備卻面臨諸多困難,處于合成產(chǎn)量低、雜質(zhì)多的現(xiàn)狀。本文,從BN納米材料的制備及改性兩方面展開(kāi)了系統(tǒng)的研究。文中首先著眼于BN納米材料的可控宏量制備。從生長(zhǎng)機(jī)理及實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)氮化硼

2、納米帶(Boronnitridenanoribbons,BNNRs)及氮化硼納米管(Boronnitridenanotubes,BNNTs)的高純制備進(jìn)行了研究。第二階段,在制備的基礎(chǔ)上分析了等離子改性方法,針對(duì)致密納米膜結(jié)構(gòu),對(duì)等離子方法進(jìn)行了改進(jìn)研究。在生物傳感的可行性應(yīng)用討論中,分析了改性前后的納米膜作為膜電極材料的生物相容性,納米膜對(duì)人體細(xì)胞毒性的研究結(jié)果對(duì)BN納米材料在生物傳感、植入式MEMS機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用具有參考價(jià)值。<

3、br>　　在多種結(jié)構(gòu)BNNTs的合成與催化機(jī)理的研究中,提出了基于球磨的催化劑輔助球磨新工藝,達(dá)到納米管結(jié)構(gòu)可控,高純的制備效果。熱重分析結(jié)果表明納米管的制備效率顯著提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬兩方面分析Fe(NO3)3、Li2O的催化機(jī)理。催化劑輔助球磨的行為可產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)高活性化合物,有效提高硼粉的氮化率并降低BNNTs的起始反應(yīng)溫度,從而達(dá)到納米管的宏量制備。
　　文中建立了原位生長(zhǎng)BNNRs的新方法,直接合成類石墨烯的超薄、超長(zhǎng)納米

4、帶結(jié)構(gòu)。BNNRs厚度約為1nm,結(jié)構(gòu)規(guī)則完整、邊緣整齊、缺陷少。對(duì)原位生長(zhǎng)的解鏈機(jī)理進(jìn)行了探討,論證了解鏈過(guò)程中納米管高效先驅(qū)形式的存在。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果建立原位生長(zhǎng)的解鏈模型。通過(guò)多種表征手段對(duì)BNNRs的物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究表明,通過(guò)原位生長(zhǎng)方法制備的BNNRs具有邊緣性能一致和趨同的結(jié)構(gòu)手性特點(diǎn)。同時(shí),由于其兼具寬禁帶和層狀納米結(jié)構(gòu)特征,BNNRs具有非常穩(wěn)定的激子效應(yīng),是潛在的光電納米器件材料。
　

5、　在BN納米材料的改性研究中,針對(duì)BNNTs膜結(jié)構(gòu)提出了復(fù)合等離子的新改性方法。與傳統(tǒng)連續(xù)波等離子相對(duì)比,在較小能量的輸出下可保持納米管膜的完整性。具體分析了納米膜潤(rùn)濕性的改變以及引入官能團(tuán)的種類、質(zhì)量、時(shí)效性。通過(guò)等離子改性處理,在納米膜表面實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕性可控操作,同時(shí)完成了氨基官能團(tuán)在表面的嫁接。
　　設(shè)計(jì)細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn),分析了BNNTs膜的生物相容性。采用人體乳腺纖維原細(xì)胞及變異細(xì)胞(TXPRFP3),基于改性前后納米膜進(jìn)行了對(duì)比

6、增殖研究。分析兩種細(xì)胞在BNNTs膜上的增殖、附著、伸展等情況。結(jié)果表明,改性后親水BNNTs膜由于氨基官能團(tuán)的引入而表現(xiàn)出更好的細(xì)胞生長(zhǎng)效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn),證明了BNNTs膜對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)胞無(wú)毒性,符合生物膜電極材料的相容性要求。針對(duì)人體乳腺纖維原細(xì)胞的增殖率優(yōu)于TXPRFP3的現(xiàn)象,提出BNNTs膜對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)具有選擇性的論點(diǎn)。
　　文中通過(guò)對(duì)BN納米材料的表征和性能研究,為下一步開(kāi)展納米器件研究奠定了基礎(chǔ)。同時(shí),改性研究指出了BNNTs