BCN納米管的制備及其生長機(jī)理的研究.pdf

1、近年來由于三元化合物硼碳氮(B-C-N)納米管的優(yōu)異電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)、高溫穩(wěn)定性和抗氧化性能等特點(diǎn)引起了人們廣泛的關(guān)注。另外，B-C-N納米管的禁帶寬度幾乎不受幾何結(jié)構(gòu)和手性的限制，還可通過改變其化學(xué)組成來調(diào)節(jié)。這一特性使得B-C-N納米管在電子學(xué)、電子器件、光電材料、高溫電子器件等領(lǐng)域存在著巨大的潛力，有望成為新型的電子材料。此外，B-C-N納米管還擁有多孔、輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高韌性等的特點(diǎn)，使它有可能成為新一代的儲氫材料。但是，相對于碳

2、納米管和氮化硼納米管，目前對硼碳氮納米管的報道研究的研究很少，尤其是關(guān)于它的性能和應(yīng)用。自從1994年被發(fā)現(xiàn)以來，B-C-N納米管已經(jīng)被多種合成方法制備出來了，如電弧法、激光燒蝕法、化學(xué)氣相沉積法、模板法和高溫?zé)峤夥ǖ?。而這些方法都或多或少的存在有一些缺點(diǎn)和不足，如原料的安全性、產(chǎn)量不高、純度較低或是所制備出的硼碳氮納米管內(nèi)部出現(xiàn)BN相和C相分離等情況。
　　 本論文將采用兩種不同的合成方法來制備三元化合物硼碳氮納米管：化學(xué)氣相

3、沉積法和固相粉末法。這兩種方法不但工藝流程簡單，而且所選用的原料如無定形硼粉、無水乙醇、活性碳粉和氮?dú)獾染哂袩o毒或毒性較輕的特點(diǎn)。在高溫條件下，通過催化劑的作用這些原料又能快速的反應(yīng)并生長出純度很高的B-C-N納米管。
　　 通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜(EDX)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、電子能量損失譜(EELS)和拉曼光譜(Raman)等手段對所制備出的納米管的形貌、結(jié)構(gòu)和成分

4、進(jìn)行了表征，同時分析了B-C-N納米管的生長機(jī)制。結(jié)果表明，化學(xué)氣相沉積法能制備出高純度的B-C-N納米管，其形貌和產(chǎn)量受溫度的影響很大，對氣體流量的變化也很敏感。在固相粉末法中采用了兩組不同的反應(yīng)原料體系。發(fā)現(xiàn)用硼酸作為硼源時較難形成B-C-N納米管，主要是由于硼酸受熱能分解為氧化硼和水蒸氣。氧化硼在升溫過程中容易形成玻璃體，把反應(yīng)物料包裹起來，阻止了原料的進(jìn)一步反應(yīng)。而以無定形硼粉、活性炭粉和氮?dú)鉃樵夏苤苽涑霎a(chǎn)量較大、純度高、直徑

5、小的B-C-N納米管，管徑也比較均勻。另外發(fā)現(xiàn)B-C-N納米管主要呈兩種形貌：一種是竹節(jié)狀的納米管，直徑較小，內(nèi)部被完全分隔開來；另一種是近似中空的納米管，直徑較大，內(nèi)部的分隔較少或是正在消失。兩種形貌的B-C-N納米管的平均直徑在80nm左右。此外，我們還發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度、催化劑種類和用量、氣氛的種類和流量等對納米管的形貌、直徑及產(chǎn)量都有影響。隨著溫度的升高，納米管的直徑也會隨之增大，但產(chǎn)量會有所減少。同時納米管會由竹節(jié)狀轉(zhuǎn)變?yōu)榻浦锌諣?/p>