硼酸鋁一維納米材料的制備和改性.pdf

1、硼酸鋁一維納米材料由于其具有優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)，高溫化學(xué)穩(wěn)定性，低的熱脹系數(shù)以及與傳統(tǒng)增強(qiáng)材料碳化硅相比低廉得多的生產(chǎn)成本，成為物理、化學(xué)和材料等領(lǐng)域爭相研究的熱點(diǎn)材料。為了促進(jìn)硼酸鋁一維納米材料的進(jìn)一步應(yīng)用，完善和開發(fā)硼酸鋁納米材料的實(shí)驗(yàn)室最優(yōu)化合成方案，實(shí)現(xiàn)對難控制納米材料的表面改性等是一個非常值得研究的前沿課題。本文根據(jù)當(dāng)前硼酸鋁一維納米材料研究中存在的問題，主要做了以下幾個方面的探討。 (1)系統(tǒng)地研究了硼酸鋁納米線的制備流

2、程，通過溶膠——凝膠法制備的前驅(qū)體以及添加的鋁粉量對產(chǎn)物形貌進(jìn)行控制，摸索出了制備大尺度高純硼酸鋁納米線的最優(yōu)化合成方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶膠——凝膠法可以保持產(chǎn)物維度的一致性，而鋁粉的添加可以降低產(chǎn)物的直徑，增大長徑比。我們的最優(yōu)條件得到的硼酸鋁納米線，直徑在20-60納米，長度在1-2微米。 (2)在蔗糖的輔助下，將商業(yè)用硝酸鋁和硼酸在高溫下反應(yīng)，首次制備出了高長徑比(100以上)硼酸鋁納米線陣列。通過對實(shí)驗(yàn)過程的細(xì)致分析發(fā)現(xiàn)蔗

3、糖通過自身的縮聚和分解提供一種聚合物襯底以及粘稠性的模板從而在晶體的合成過程中起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)蔗糖的功用，我們對產(chǎn)物可能的機(jī)理進(jìn)行了合理的解釋。補(bǔ)充材料一提供了我們獲得本章中最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。補(bǔ)充材料二提供的是對蔗糖輔助生長納米線束方法的延伸，利用此方法我們將其應(yīng)用于硼酸鎂(Mg<,2>B<,2>O<,5>)納米線束的制備，產(chǎn)物結(jié)果顯示這種方法對于硼酸鎂納米線束的制備也是可行的。 (3)使用硼、氧化硼和微

4、米級的氧化鋁在沒有任何襯底和模板的作用條件下，首次成功合成出硼酸鋁納米線陣列織構(gòu)而成的多層納米線網(wǎng)絡(luò)。研究發(fā)現(xiàn)初始微米級的氧化鋁粉末在實(shí)驗(yàn)過程中提供一種在位反應(yīng)器，為納米線的自取向生長提供一種特殊的生長環(huán)境；網(wǎng)狀形貌的形成依賴于單質(zhì)硼的加入：實(shí)驗(yàn)最后一步是淬火保持納米線陣列組成的納米網(wǎng)的形貌。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探討和驗(yàn)證了產(chǎn)物的形貌依賴因素和形成機(jī)理。 (4)在實(shí)驗(yàn)組的前期工作以及作者在摸索快速大尺度合成BN-Al<,18

5、O<,33>納米電纜的合成程序基礎(chǔ)上得到線索，首次探索出一個外延生長BN包覆納米線的簡捷方法。以硼酸鋁(Al<,18>B<,4>O<,33>)納米線網(wǎng)為例通過這個方法成功地用BN直接完全包覆硼酸鋁(Al<,18>B<,4>O<,33>)納米線網(wǎng)。BN-Al<,18>B<,4>O<,33>納米電纜是由硼酸鋁納米線和氧化硼在NH<,3>氣氛下于1200℃反應(yīng)制得。高溫?zé)岱€(wěn)定的硼酸鋁(Al<,18>B<,4>O<,33>)納米線在實(shí)驗(yàn)過程中為