本发明专利技术涉及一种氮化硼纳米管的制备方法，将硼源催化剂前驱体在氮气、氨气或氮气－氢气混合气体中反应，粗产物经过分离提纯，即可，硼源催化剂前驱体是由含硼化合物、镁粉、碱土金属化合物、过渡金属催化剂的混合物组成，所含Ｂ∶Ｍｇ∶Ｍ↓［１］∶Ｍ↓［２］元素摩尔比为１∶１．６５～１．７０∶０．１６５～０．１８２∶０．０１～０．０６，其中Ｍ↓［１］为碱土金属化合物中的碱土金属元素，Ｍ↓［２］为过渡金属催化剂中的过渡金属元素。本发明专利技术的有益效果在于：由于采用硼源催化剂前驱体，不仅实现了温和的反应条件，制备过程也比较简单，制备的ＢＮ纳米管粗细均匀，相对于原料硼元素的ＢＮ纳米管收率８５％以上，纯度大于８０ｗｔ．％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到纳米材料制备领域，具体的是涉及。
技术介绍
自纳米碳管发现以来，基于六方氮化硼(BN)与石墨在结构上的相似性，通过理论计算 表明，BN纳米管在能量上是稳定的，具有近乎恒定的能隙(约为5.5eV)，特别是能隙不随手 性和管层数的改变而变化，这种恒定的电学性质使其比碳纳米管更具实用价值。同时BN 纳米管具有比碳纳米管更突出的抗氧化性，抗氧化温度高达近1000°C，被认为可替代碳纳 米管作为抗高温氧化的模板来制备其它新型的一维纳米材料。此外，BN纳米管密度小，具有 良好的导热性、绝缘性以及较高的力学性能。有实验证明， BN纳米管的杨氏模量高达1.22 士0.24TPa，与理论预测值相符。基于这些优点，BN纳米管可望在纳米结构陶瓷、单电子 二极管、贮气材料和场致发射材料等方面得到应用。目前BN纳米管的研究主要集中在制备方面，人们已尝试用多种方法来合成BN纳米 管，如等离子电弧放电法、 CVD法问热分解法、激光烧蚀法以及机械 球磨法等。目前报道的BN纳米管制备方法虽然很多，但所得到的BN纳米管的结构多样、 纯度低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是针对上述现有技术的不足而提供一种氮化硼纳米管的制备方 法，该制备方法的反应条件温和，制备工艺简单，所得的BN纳米管粗细均匀，产量高，纯 度好。本专利技术为解决上述提出的问题所采用解决方案为 ，其特 征在于将硼源催化剂前驱体在氮气、氨气或氮气-氢气混合气体中反应，保持气体通量为0.1 5L/min,反应温度范围为600 1200°C，反应时间为6 48小时，粗产物经过分离提纯，即可 以得到BN纳米管，所述的硼源催化剂前驱体是由含硼化合物、镁粉、碱土金属化合物、过 渡金属催化剂的混合物组成，所含B: Mg: M1: M2元素摩尔比为l: 1.65~1.70: 0.165 0.18 2: 0.01~0.06，其中M,为碱土金属化合物中的碱土金属元素，M2为过渡金属催化剂中的过渡 金属元素。按上述方案，所述的分离提纯方法是先将粗产物分散在蒸馏水中，加入36 38wt,/。盐 酸，于50 8(TC下加热搅拌6 24小时，溶解产物中的可溶杂质及金属及其氧化物，抽滤和 洗涤，在80'C下真空干燥12 24小时，即可。3所述的含硼化合物为三氮杂硼烷、过硼酸钠、四硼酸钠、偏硼酸转、四水合偏硼酸钠、氧化硼或硼酸。所述的碱土金属化合物为M,(OH)2、 M,0或M,Cl2，其中M,为Ca、 Ba或Sr。所述的过渡金属催化剂为过渡金属氧化物或氢氧化物，其中过渡金属为Fe、 Co或Ni。所述的最佳反应气体为氨气。化学反应方程式举例如下3B2〇3 + Ca (OH) 2 + 10Mg + NH3 t = 6BN + 10MgO + Ca + H20 + 9H2 t按上述方案，所述的氮化硼纳米管为多壁氮化硼纳米管，纳米管长5 150nm，平均为 90pm,直径15 25nm，平均为20nm，壁厚5 7nm，平均为6nm，粗细均匀。本专利技术所用的试剂B203为纯度98%的工业原料，Co203、 Ca(OH)2、 Mg粉(100 200 目)等试剂均为分析纯试剂。按照预先设计好的反应配比称量相应的反应物，充分混合后装入反应舟放入管式炉中于 600 1200'C氨气气氛中反应6 48h，随炉冷却至60(TC，切换通入氩气来防止BN纳米管氧 化。先将产物分散在蒸馏水中，加入36 38 wt,/。盐酸，于50 8(TC下加热搅拌约6 24小 时，溶解产物中可溶杂质及金属及其氧化物，抽滤和洗涤，在8(TC下真空干燥12 24小时， 即可得到BN纳米管粉体。上述反应过程拟为，含硼化合物在高温下与Mg、碱土金属化合物、催化剂反应，在浓度 梯度和载气的作用下，向由反应产生的液态合金运输，NH3在高温下分解出N原子，取代合 金中的金属原子，而形成BN，达到饱和后，在能量起伏或微小外来杂质颗粒的作用下发生成 核，当晶核半径大于临界成核半径时，晶核发育并长大，随着晶核不断生长，最终析出BN 纳米管。本专利技术的有益效果在于通过硼源催化剂前驱体法制备BN纳米管粉体材料，由于采用 硼源催化剂前驱体，不仅实现了温和的反应条件，制备过程也比较简单，制备的BN纳米管 粗细均匀，相对于原料硼元素的BN纳米管收率85。/。以上，纯度大于80wt、。 附图说明图l.BN纳米管的XRD谱图。图2. BN纳米管的SEM照片。图3.BN纳米管的TEM照片。图4. BN纳米管的HTEM照片。图5.BN纳米管的FTIR谱图。具体实施例方式下面通过实施例进一步介绍本专利技术，但是实施例不会构成对本专利技术的限制。 实施例l:取7.05克Ca(OH)2、 19.9克B203、 23.15克镁粉和0.52克Co203，充分混合后放入反应 舟，置于管式炉，于950'C氨气气氛中反应24小时，保持气体通量为0.1L/min，随炉冷却至 600°C,切换通入氩气来防止BN氧化。将产物中按反应比加入蒸馏水和36w"/。的盐酸，50°C 下加热搅拌24小时，溶解产物中杂质及金属，抽滤并多次洗涤，于80'C真空干燥24小时， 得到白色粉末12.34克，以8203为基准计算其收率为87%。产物经过XRD、 SEM、 TEM和 HRTEM、 FTIR分析，证明产物是比较纯的BN纳米管，BN纳米管含量约85%以上，纳米管 为多壁BN纳米管，管长5ium到150pm，平均约为90)Lmi，直径17 21 nm，平均约20nm， 壁厚5 7nm，平均为6nm，粗细均匀。所得BN纳米管样品的X-射线衍射分析用XD-5A型X射线粉末衍射仪(30kV， 20mA， 入二1.5406A)， 20在10-80°范围。用JSM-5510LV型号的场发射扫描电子显微镜(SEM)观察 形貌，制样方法是直接采用产物粉末分布在双面胶上并粘在样品铜台上喷金后观察。用JEM 2100型透射电子显微镜研究其微结构，样品在无水乙醇中超声分散，滴加到铜网上。FTIR 分析是用KBr压片法制样，采用Impact 420型红外光谱仪进行红外光谱的测绘。附图1给出了 BN纳米管样品的XRD谱图。与JCPDS标准卡号(N0.86-1068)六方BN 晶体的XRD衍射峰吻合得很好。由XRD各晶面d值，计算出合成的BN晶胞常数为a = 0.2493 腿，c = 0.6871腿，与标准卡a = 0.2510 nm， c = 0.6690 nm基本相符，表明产物为六方BN。附图2是BN纳米管样品的SEM照片。示出了产物形貌和尺寸，结果表明，所获得的 BN纳米管粗细均匀，纳米管长度管长5 150pm，平均约90pm。直径均匀，平均约20nm。 有少量的BN块和片，BN纳米管含量约为80 wt.% (从SEM照片估计)。附图3和图4为BN纳米管样品的TEM和HRTEM照片。从TEM图中可以看出，本发 明制备的BN纳米管具有很强的耐折抗弯性，韧性更好，可能很适合被作为增强、增塑材料 的应用。从HRTEM图中可以看出，BN纳米管为多壁纳米管，直径约17 21 nm，平均约20 nm，壁厚约5 7nm，平均约6 nm，粗细均匀。附图5为BN纳米管样品的FTIR谱图。如图所示，明显的红外吸收峰有分别位于3450 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮化硼纳米管的制备方法，其特征在于将硼源催化剂前驱体在氮气、氨气或氮气－氢气混合气体中反应，保持气体通量为０．１～５Ｌ／ｍｉｎ，反应温度范围为６００～１２００℃，反应时间为６～４８小时，粗产物经过分离提纯，即可以得到ＢＮ纳米管，所述的硼源催化剂前驱体是由含硼化合物、镁粉、碱土金属化合物、过渡金属催化剂的混合物组成，所含Ｂ∶Ｍｇ∶Ｍ↓［１］∶Ｍ↓［２］元素摩尔比为１∶１．６５～１．７０∶０．１６５～０．１８２∶０．０１～０．０６，其中Ｍ↓［１］为碱土金属化合物中的碱土金属元素，Ｍ↓［２］为过渡金属催化剂中的过渡金属元素。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谷云乐，潘新叶，王吉林，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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