一种纳米氮化硼管的制备方法技术

一种纳米氮化硼管的制备方法，其特征在于：以ＴｉＢ↓［２］、ＴａＢ↓［２］、ＭｏＢ、Ｍｏ↓［２］Ｂ↓［５］金属硼化物为催化剂和硼源，以氮气为稀释气，在高温下气相生长生成ＢＮ管，生长温度区间为１１００℃－１４００℃，生长时间１－２小时，ＮＨ↓［４］Ｃｌ与Ｎ↓［２］的摩尔比为１∶５－１∶１２。本发明专利技术可以生成比电弧法和激光烧蚀法纯度高和质量高的ＢＮ管。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种纳米氮化硼管的制备方法本专利技术涉及纳米材料制备，特别提供了一种纳米氮化硼管的制备技术。氮化硼(BN)管是最近在材料领域中，继纳米碳管之后的另一重大发现。基于氮化硼和碳在结构上的相似性，1994年人们从理论上提出了BN管存在的可能性。电子结构计算表明，BN管在任何情况下，都具有能带间隙，与其管径、螺旋性和管壁层数等无关，使其电学性能比纳米碳管的电学性能随管径、螺旋性和管壁层数等结构因素的变化所表现出的半导体和金属两种特性更具优越性，也使其比纳米碳管更具有应用前景。另外，BN管具有比纳米碳管更好的抗氧化性，是良好的导热体和绝缘体。可望在半导体、微电子和光子设备等方面获得应用。此外，BN管还极有可能具有其他的特殊性能有待证实和开发。目前，BN管的制备方法主要有两种：一种是电弧法，利用类似于C60的Kratschmer-huffman制备方法，在氮气气氛中，采用中间是用六方BN粉压制成的BN棒，外层是钨棒做成的电极作阳极，用经过水冷的铜棒作阴极，连续的电弧放电，就在阴极上沉积了一层BN管；另一种方法是激光烧蚀法，采用立方BN粉压制成的薄片为样品，用温度可达到5000K的激光照射，使立方BN转变为六方BN管。上述方法均存在产量少，产物纯度低，生长周期长等缺点。电弧法和激光烧蚀法可以制备直径比较小、均匀的BN管，但产率低、工艺复杂、成本高而且产品杂质非常多，不易提纯。而基体法工艺简单、成本低、制备方便有利于控制，更利于大量生产。本专利技术的目的在于提供一种生成BN管的方法，可以生成比电弧法和激光烧蚀法纯度高和质量高的BN管。本专利技术提供了一种纳米氮化硼管的制备方法，其特征在于：以TiB2、TaB2、MoB、Mo2B5金属硼化物为催化剂和硼源，以氮气为稀释气，在高温下气相生长生成BN管，生长温度区间为1100℃-1400℃，生长时间1-2小时，NH4Cl与N2的摩尔比为1∶5-1∶12。具体操作过程如下：将装有TiB2、TaB2、MoB或者Mo2B5等金属硼化物的瓷舟放于卧式反应炉中，在室温下通入稀释气体N2，并按20-30℃/min的升温速率加热反应炉。当反应炉温度升到700℃-800℃时，开始在300-400℃下加热易分解铵盐(如NH4Cl、NH4HCO3、-->(NH4)2SO4等)，升华的气态易分解铵盐随着氮气进入反应炉。当反应炉温度达到1100-1400℃时，恒温1-2小时。反应结束后在氮气保护下降温到300℃时，取出样品。当催化剂和硼源为TiB2时，铵盐挥发速率为20-30mg/min，稀释气体为N2，其流量为35-45ml/min，生长BN管的温度区间为1100℃-1250℃。当催化剂和硼源为TaB2时，铵盐挥发速率为20-30mg/min，稀释气体为N2，其流量为35-45ml/min，生长BN管的温度区间为1200℃-1300℃。当催化剂和硼源为MoB、Mo2B5时，铵盐挥发速率为20-50mg/min，稀释气体为N2，其流量为35-50ml/min，生长BN管的温度区间为1250℃-1350℃。一般来说，当催化剂颗粒适中(5nm-4μm)时，易分解铵盐(如NH4Cl、NH4HCO3、(NH4)2SO4等)在高温下分解出氮原子，在催化剂的作用下，与催化剂中的硼原子反应生成BN管。本专利技术的特点：1．通过控制易分解铵盐(如NH4Cl、NH4HCO3、(NH4)2SO4等)的挥发速率，使金属硼化物与易分解铵盐(如NH4Cl、NH4HCO3、(NH4)2SO4等)完全反应生成BN管；2．利用不同粒径的催化剂，使生成的BN管直径不同；催化剂的粒径越细，生成的BN管的直径越小，结晶性也越好；3．铵盐中的氯原子、氧原子或硫原子对金属硼化物的活性具有重要作用，使用基体固-气相反应法制备BN管的生长周期短，产品纯度高，产量大；4．用基体固-气相反应法制备BN管工艺简单、成本低、制备方便更有利于控制。具体过程如下：分析纯固体易分解铵盐(如NH4Cl、NH4HCO3、(NH4)2SO4等)被均匀加热形成气态，与稀释气体(N2气)均匀混合后一起导入反应区。气体铵盐(如NH4Cl、NH4HCO3、(NH4)2SO4等)在进入反应区的过程中被分解出氮原子，氮原子在高温反应区中，在催化剂的作用下与硼充分反应，析出BN管。下面结合附图实例详述本专利技术。附图1制备氮化硼管的设备示意图。附图2实施例1所得到的BN管的透射电子显微镜照片(×49000)。附图3实施例3所得到的BN管的透射电子显微镜照片(×135000)。实施实例1装置如附图1NH4Cl挥发速率为20mg/min，稀释气体为N2，其流量为35ml/min，催化-->剂为TiB2，反应区从700℃以20℃/min升温到1150℃，恒温1.5小时。产物呈白色粉末状，用酒精分散后，在透射电子显微镜下观察，可以发现BN纳米管，产物中杂质较少，所得BN管的管径范围在10nm-50nm(见附图2)。实施实例2装置如附图1NH4Cl挥发速率为20mg/min，稀释气体为N2，其流量为40ml/min，催化剂为TiB2，反应区从700℃以20℃/min升温到1200℃，恒温1.5小时。产物呈白色粉末状，用酒精分散后，在透射电子显微镜下观察，可以发现BN纳米管，产物中杂质较少，所得BN管的管径范围在50nm-100nm。实施实例3装置如附图1NH4Cl挥发速率为20mg/min，稀释气体为N2，其流量为40ml/min，催化剂为TiB2，反应区从700℃以20℃/min升温到1250℃，恒温1.5小时。产物呈白色粉末状，用酒精分散后，在透射电子显微镜下观察，可以发现BN纳米管，产物中杂质较少，所得BN管的管径范围在100nm(见附图3)。实施实例4装置如附图1NH4Cl挥发速率为20mg/min，稀释气体为N2，其流量为40ml/min，催化剂为TaB2，反应区从700℃以20℃/min升温到1200℃，恒温1.5小时。产物呈白色粉末状，用酒精分散后，在透射电子显微镜下观察，可以发现BN纳米管，产物中杂质较少。实施实例5装置如附图1NH4Cl挥发速率为20mg/min，稀释气体为N2，其流量为40ml/min，催化剂为TaB2，反应区从750℃以20℃/min升温到1250℃，恒温1.5小时。产物呈白色粉末状，用酒精分散后，在透射电子显微镜下观察，可以发现BN纳米管，产物中杂质较少。实施实例6装置如附图1NH4Cl挥发速率为20mg/min，稀释气体为N2，其流量为40ml/min，催化剂为MiB，反应区以20℃/min升温到1250℃，恒温1.5小时。-->产物呈白色粉末状，用酒精分散后，在透射电子显微镜下观察，可以发现BN纳米管，产物中杂质较少。实施实例7装置如附图1NH4Cl挥发速率为25mg/min，稀释气体为N2，其流量为50ml/min，催化剂为Mo2B5，反应区从800℃以20℃/min升温到1250℃，恒温1.5小时。产物呈白色粉末状，用酒精分散后，在透射电子显微镜下观察，可以发现BN纳米管，产物中杂质较少。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米氮化硼管的制备方法，其特征在于：以ＴｉＢ↓［２］、ＴａＢ↓［２］、ＭｏＢ、Ｍｏ↓［２］Ｂ↓［５］金属硼化物为催化剂和硼源，以氮气为稀释气，在高温下气相生长生成ＢＮ管，生长温度区间为１１００℃－１４００℃，生长时间１－２小时，ＮＨ↓［４］Ｃｌ与Ｎ↓［２］的摩尔比为１∶５－１∶１２。

【技术特征摘要】
1．一种纳米氮化硼管的制备方法，其特征在于：以TiB2、TaB2、MoB、Mo2B5金属硼化物为催化剂和硼源，以氮气为稀释气，在高温下气相生长生成BN管，生长温度区间为1100℃-1400℃，生长时间1-2小时，NH4Cl与N2的摩尔比为1∶5-1∶12。2．按照权利要求1所述纳米氮化硼管的制备方法，其特征在于：当催化剂和硼源为TiB2时，铵盐挥发速率为20-30mg/min，稀释气体为N2，其流量为35-45ml/min，生长BN管的温度区间为1100℃-1250℃。3．按照权利要求1所述纳米氮化硼管的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：成会明，范月英，魏永良，苏革，张伟刚，刘敏，沈祖洪，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]