氮化硼、硼碳氮納米管的制備及其生長機理的研究.pdf

1、氮化硼納米管（BN-NTs）、硼碳氮納米管（BCN-NTs）等一維納米結構是繼碳納米管之后的又一類成為研究熱點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)定的導電性能。另外，它還具有耐高溫、良好的抗氧化性能特點，使其在高溫半導體電子器件、儲能材料、磁性材料等方面有著潛在的廣闊的應用前景。由硼、碳、氮三元素構成的納米管具有與碳納米管相近的

2、優(yōu)異機械性能，其導熱性能好、化學性質(zhì)穩(wěn)定、電學性能和抗氧化性能優(yōu)于碳納米管，同時鐵磁性強、藍紫光發(fā)光性能優(yōu)異。BCN納米管的電子結構取決于其成分，與其幾何手性無關，且其能隙可以在石墨和氮化硼之間調(diào)節(jié)，使其在儲氫、陶瓷、催化、電子等領域擁有很高的應用價值。但是，目前關于BCN納米管研究的報道并不多。
　　 本文綜述了近些年來國內(nèi)外關于氮化硼和硼碳氮一維納米結構的研究進展，提出了一種新穎且簡單的化學氣相沉積（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、結構和成分，并由分析結果探討了這兩種納米管的生長機理。
　　 以無定形硼粉為硼源，與氧化鋅均勻混合，在1200℃于氮氣和氫氣的混合氣氛下反應合成了大量的竹節(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)，納米管的結晶程度非常高。分析表明，BN納米管的生長機制可歸結為氣-液-固（VLS）生長模型。
　　 采用無定形硼粉、氧化鋅和無水乙醇為原料，在氮氣和氫氣混合氣氛下，于1150℃下合成了大量的竹節(jié)狀硼碳氮納米管。從形貌、微觀結構等分析結果發(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)了很高的結晶程度，同時，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機制也屬于氣-液-固（VLS）生長模型。
　　 反應溫度、氣體流量、乙醇用量等對硼碳氮納米管的結構和形貌有較大影響。結果表明，合適的反應溫度、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。而當氣體流量過大時，因為納米管生長原料被帶出反應室太快，不利于納米管的形成；反應溫度太低，所得到的產(chǎn)物形貌雜亂；乙醇用量太大會造成硼碳氮納米管的生長被抑制，只能得到碳納米管；采用二茂鐵作催化劑時，若將其溶解在無水