化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法技术

本发明专利技术公开了一种化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，包括：将前驱物在含氮反应气氛中加热至900℃～1450℃并保温，之后在保护气氛中冷却至室温，获得粗产物，所述前驱物包含氧化硼与氯化镁的均匀混合物；以及，对所述粗产物进行后处理，从而获得六方氮化硼粉体。本发明专利技术工艺采用的原料廉价易得，工艺流程简单，可一步得到粗产物，前驱物反应效率高达95％，粗产物经简单后处理后即可形成纯度高达99％的产物，而且本发明专利技术工艺中只需改变反应温度范围，即可得到两种完全不同形貌和功能的六方氮化硼粉体产物。藉由本发明专利技术的工艺可轻松实现六方氮化硼的克级以上制备。

Preparation of macro six boron nitride powder by chemical vapor deposition

The invention discloses a method for preparing a large amount of hexagonal boron nitride powder by chemical vapor deposition. The method comprises heating the precursor to 900 ~1450 C in a nitrogen-containing reaction atmosphere and holding it, then cooling it to room temperature in a protective atmosphere to obtain coarse products. The precursor comprises a homogeneous mixture of boron oxide and magnesium chloride. The six boron nitride powder is obtained after post-treatment of the coarse product. The raw material used in the process of the invention is cheap and easy to obtain, the process flow is simple, and the coarse product can be obtained in one step. The reaction efficiency of the precursor is as high as 95%. The coarse product can be formed with purity as high as 99% after simple post-treatment, and two completely different morphologies and work can be obtained by changing the reaction temperature range in the process of the invention. The six boron nitride powder product. By the process of the invention, it is easy to achieve the above six grams of boron nitride.

【技术实现步骤摘要】
化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法
本专利技术特别涉及一种化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，属于无机纳米材料

技术介绍
氮化硼有以下四种不同的变体结构：六方氮化硼(HBN)、菱方氮化硼(RBN)、立方氮化硼(CBN)和纤锌矿氮化硼(WBN)。其中很重要的六方氮化硼，呈白色，是经典的类石墨烯层状结构，具有优异的高导热(热导率为石英的十倍)、耐高温(熔点3000℃)、抗氧化(1200℃以上开始在空气中氧化)、电绝缘、疏水、润滑，以及的良好的化学稳定性(耐酸碱)和生物兼容性等，又被称为“白色石墨”。在六方氮化硼这个小家族中也有很多的成员如：氮化硼薄膜、氮化硼纳米片、氮化硼纳米管、多孔氮化硼、氮化硼纳米带、氮化硼纤维等。其中氮化硼薄膜在石墨烯电子器件和深紫外发光领域有着良好的应用的前景；氮化硼纳米片、氮化硼纳米管和氮化硼纤维是电子封装的热管理领域非常重要的散热填料，而且在润滑和摩擦领域也发挥着重要的作用；多孔氮化硼借助于其自身的多孔和疏水优势，是非常优良的自清洁环境友好型材料，在吸油、有机溶剂、染料等等除污方面发挥着重要的作用。现有的六方氮化硼的制备方法也很多，如机械剥离法和溶液剥离法，主要用来制备氮化硼纳米片(Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,6498–6501)；化学“鼓泡法”，主要制备氮化硼纳米片(AdvMater.2011,23,4072-4076)；化学溶剂合成法，可以制备高比表面积氮化硼(Nat.Commun.2013.4:1777)；碳基材料高温置换反应，可制备氮化硼纳米管、氮化硼纳米片(ACSNano.2014，8,9081-9088)等；化学气相沉积法，该种方法改变前驱物和生长条件可以制备氮化硼薄膜、氮化硼纳米片、氮化硼纳米管、多孔氮化硼、氮化硼纳米带、氮化硼纤维等多种形貌和功能的六方氮化硼材料(NanoLett.2012,12,161-166)。现有的制备方法虽然丰富多样，但因实验本身的局限性，但很难实现在大产量、高结晶性、低成本、环境友好型等这些方面都具有优越性，高成本、低效率严重制约了氮化硼的产业化发展进程。因此探索简约、高效的六方氮化硼制备技术具有十分重要的科研价值和现实意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，以克服现有技术的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，其包括：将前驱物在含氮反应气氛中加热至900℃～1450℃并保温，之后在保护气氛中冷却至室温，获得粗产物，所述前驱物包含氧化硼与氯化镁的均匀混合物；对所述粗产物进行后处理，从而获得六方氮化硼粉体。在一些实施方案中，所述氧化硼与氯化镁的摩尔比优选为2:3。在一些实施方案中，所述化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法包括：将所述氧化硼与氯化镁进行固相混合均匀形成所述前驱物，其中采用的固相混合方式包括研磨或搅拌等，且不限于此。在一些较佳实施方案中，所述化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法包括：将所述前驱物在含氮反应气氛中加热至900℃～1450℃并保温60～180min，之后在保护气氛冷却至室温，获得粗产物。进一步的，所述含氮反应气氛包括氨气气氛等，但不限于此。进一步的，所述保护气氛包括氮气和/或氩气气氛，如氮气气氛、氩气气氛、氮气与氩气混合气氛等，且不限于此。在一些实施方案中，所述后处理包括：将所述粗产物酸洗、干燥，从而获得宏观蓬松的六方氮化硼粉体。在一些较佳实施方案中，所述后处理包括：将所述粗产物经酸溶液浸泡8～12h，然后用去离子水洗涤，之后在60～80℃干燥6～12h，获得宏观蓬松的六方氮化硼粉体；所述酸溶液优选为低浓度的酸溶液。进一步的，所述六方氮化硼粉体的纯度在99％以上。更进一步的，所述六方氮化硼粉体包括宏观蓬松的多孔氮化硼粉体和/或宏观蓬松的高结晶性氮化硼纳米片，其中，所述多孔氮化硼粉体的比表面积为140～151m2/g，和/或，平均孔径为5.84nm。进一步的，所述方法可以包括：将前驱物在含氮反应气氛中加热至1000～1100℃并保温，之后在保护气氛中冷却至室温，获得所述粗产物，再对所述粗产物进行后处理，从而获得宏观蓬松的多孔氮化硼粉体。进一步的，所述方法可以包括：将前驱物在含氮反应气氛中加热至1400～1450℃并保温，之后在保护气氛中冷却至室温，获得所述粗产物，再对所述粗产物进行后处理，从而获得宏观蓬松的高结晶性氮化硼纳米片。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1.本专利技术提供的化学气相沉积法制备宏量氮化硼粉体的方法采用氧化硼和金属氯化物为原料，两者皆是廉价易得的材料，工艺流程简单，可一步得到粗产物；2.本专利技术提供的化学气相沉积法制备宏量氮化硼粉体的方法，可以采用相同的前驱物和反应气氛，而通过改变反应温度，即可得到两种完全不同形貌和功能的六方氮化硼粉体产物，这些产物在诸多领域有潜在的应用价值；3.本专利技术提供的化学气相沉积法制备宏量氮化硼粉体的方法，其前驱物反应效率高达95％，后处理所得产物纯度高达99％；4.本专利技术提供的化学气相沉积法制备宏量氮化硼粉体的方法可轻松实现六方氮化硼的克级以上制备，对六方氮化硼的产业化进程有很大促进作用。附图说明图1为本专利技术实施例1中六方氮化硼粗产物的实物照片；图2为本专利技术实施例1中经过后处理的六方氮化硼粉体实物照片；图3为本专利技术实施例1中六方氮化硼的SEM图；图4为本专利技术实施例1中六方氮化硼的TEM图；图5为本专利技术实施例1中六方氮化硼的XRD图；图6为本专利技术实施例2中六方氮化硼纳米片的SEM图；图7为本专利技术实施例2中六方氮化硼纳米片的TEM图图8为本专利技术实施例2中六方氮化硼纳米片的XRD图；图9为本专利技术实施例2中六方氮化硼纳米片的疏水角测试图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供的一种化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法包括：将前驱物在含氮反应气氛中加热至900℃～1450℃并保温，之后在保护气氛中冷却至室温，获得粗产物，所述前驱物包含氧化硼与氯化镁的均匀混合物；对所述粗产物进行后处理，从而获得六方氮化硼粉体。在一较为具体的实施方案中，可以将氧化硼和氯化镁混合均匀作为前驱物放入管式炉中，在氨气气氛中，将所述混合物加热至900℃～1450℃，并于900℃～1450℃下保温60～180min，之后在保护气氛下降至室温，获得粗产物，再对所述粗产物进行后处理，得到纯度在99％以上的六方氮化硼粉体。前述粗产物为宏观蓬松的白色粗产物。进一步的，所述的后处理可以包括：对所述粗产物进行酸洗、过滤、干燥操作，从而获得宏观蓬松的六方氮化硼粉体。藉由前述的方法，在较优合成条件下，在两种特定反应温度范围内可形成两种独特的六方氮化硼；调整前驱物质量，可实现其克级以上宏量制备。在前述的具体实施方案中，所述制备方法涉及以下化学反应：2B2O3(s)+3MgCl2(s)＝2BCl3(g)+Mg3B2O6(s)BCl3(g)+NH3(g)＝BN(s)+3HCl(g)Mg3B2O6(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，其特征在于包括：将前驱物在含氮反应气氛中加热至900℃～1450℃并保温，之后在保护气氛中冷却至室温，获得粗产物，所述前驱物包含氧化硼与氯化镁的均匀混合物；对所述粗产物进行后处理，从而获得六方氮化硼粉体。

【技术特征摘要】
1.一种化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，其特征在于包括：将前驱物在含氮反应气氛中加热至900℃～1450℃并保温，之后在保护气氛中冷却至室温，获得粗产物，所述前驱物包含氧化硼与氯化镁的均匀混合物；对所述粗产物进行后处理，从而获得六方氮化硼粉体。2.根据权利要求1所述的化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，其特征在于：所述氧化硼与氯化镁的摩尔比为2:3。3.根据权利要求1或2所述化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，其特征在于包括：将所述氧化硼与氯化镁进行固相混合均匀形成所述前驱物，其中采用的固相混合方式包括研磨或搅拌。4.根据权利要求1所述化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，其特征在于包括：将所述前驱物在含氮反应气氛中加热至900℃～1450℃并保温60～180min，之后在保护气氛冷却至室温，获得粗产物。5.根据权利要求1或4所述化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，其特征在于：所述含氮反应气氛包括氨气气氛。6.根据权利要求1或4所述化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，其特征在于：所述保护气氛包括氮气和/或氩气气氛。7.根据权利要求1所述化学气相沉积法制备宏量六方氮化硼粉体的方法，其特征在于，所述后处理包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚亚刚，许燕翠，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32