氮化硼納米管(BNNTs)作為一唯納米材料近年來備受研究人員關注。它具有穩定的絕緣性,高熱穩定性、化學穩定性,以及特殊的力學和電學性能,電子結構計算表明,其能帶寬度為5.5eV,氮化硼納米管可以在納米電子器件、納米結構陶瓷材料、儲氫材料以及防止氧化的包覆層材料等方面具有良好的應用前景。
氮化硼納米管與碳納米管的區別
碳納米管(CNTs)自發現以來以其獨特的微觀結構、優異的物理、化學、力學性能,吸引了全球不同領域科研人員的目光。而氮化硼納米管是一種結構類似于碳納米管的一維納米結構材料,可以看做是碳納米管中的碳原子被硼和氮原子交替取代的產物,由單層或多層六方氮化硼(h-BN)卷曲而成,最終形成單壁或多壁氮化硼納米管,其結構模型如圖所示:
實際制備中很難合成出單壁結構的BNNTs,主要原因是不同于CNTs的C-C共價鍵,BNNTs的B-N鍵具有一定的離子鍵特性,這將導致相鄰BN層鍵發生微觀交互效應,形成更加穩定的兩層或多層管狀結構,而CNTs中石墨層間只存在較弱的范德華力,因而更易形成單壁管狀結構。氮化硼納米管不僅具有可以與碳納米管相媲美的力學性能和熱傳導性能,而且還具有優異的抗氧化性、化學穩定性和熱穩定性。
(1) 電弧放電法
通常電弧放電法是將反應物作為電極,然后通過電弧放電晶型反應獲得納米管,該方法制備的納米管缺陷少、品質高、方法簡單,缺點是電弧放電需要大電流以及需要的反應溫度高,反應環境必須使用多心氣體進行保護,生成物產率較低。
(2) 熱解法
通過將物質進行加熱使其分解并和其他物質進行反應的方法稱為熱解法。在熱解過程中可以通過控制實驗參數來達到控制產物的組成和形貌的目的,缺點是熱解法一般需要的原料有毒且易燃,危害環境和人體,因此,熱解法不能進行廣泛的使用。
(3) 化學氣相沉積(CVD)法
化學氣相沉積是使用氣體原料或者再高溫下變成氣態的原料,溫度降低在基板上進行沉積反應合成產物的方法,CVD技術比較成熟,生成的氮化硼納米管純度高且可以通過調控反應參數來控制納米管的結構,缺點是CVD技術對于生產條件要求苛刻,難以采用CVD法實現納米管的工業化量產。
(4) 模板法
模板法包含硬模板和軟模板。制備氮化硼納米管一般將碳納米管作為模板,通過取代反應B、N原子取代模板上的部分碳原子產生氮化硼納米管。模板法因其操作簡單,材料易得烏海被普遍的應用在合成氮化硼納米管上,生成的納米管的形貌主要是由反應參數和模板決定。
(5) 機械球磨法
通過對單質硼粉在氨氣氣氛、室溫條件下長時間球磨獲得無定型硼粉前驅體,然后在高溫惰性氣體氣氛下進行 |
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