【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新材料及其应用领域，具体涉及一种大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法。
技术介绍
1、六方氮化硼(h-bn)表现出了诸多优异的物理化学性质，比如：具有出色的力学性能，其面内机械强度可以达500n/m；h-bn还具有出色的耐高温性能，在空气中抗氧化温度为1000℃，在真空条件下耐温更是可以达到2000℃；更重要的是，h-bn还具有优异的导热性能，其理论热导可高达1700～2000w/mk，是金属银和铜的5倍；同时，h-bn具有优良的绝缘性能，其禁带宽度为5.26ev、击穿强度高达35kv/mm，介电常数为2.9。因此，h-bn是一种理想的导热绝缘透波材料，多孔网络结构具有高孔隙率、低密度、高比表面积、阻尼降噪等优异性能。由二维h-bn构筑的多孔材料可兼具多孔结构与h-bn的本征优异物性，在导热、储能、催化、吸附、航空航天等领域表现出巨大的潜在应用优势。
2、h-bn网络材料制备方法主要包括自组装和直接生长两大类，自组装方法包括冰模板法、盐模板法、气泡模板法等，依赖于范德华力与氢键来搭接h-bn片构筑三维结构，因此制备的h-bn多孔材料并不稳固，力学性能较差。更重要的是，由于h-bn片层之间为搭接状态，存在很多微观界面，其导热等性能并不理想；直接生长法以化学气相沉积法(cvd)为主，通过将金属、聚合物等多孔材料作为骨架，在骨架上沉积氮化硼。相较于自组装的方法，h-bn间通过共价键相互连接，表现出更优异的性能。但目前cvd使用的前驱体仍以氨硼烷和硼吖嗪为主，其价格昂贵、毒性大，并不适用于大规模制备。同时，
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，克服了目前利用cvd工艺制备大尺寸、密集孔氮化硼网络所普遍面临的硼源难以在体相内均匀扩散的难题，实现了大尺寸尤其是大厚度三维h-bn网络的均匀可控制备。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，该方法包括如下步骤：
4、(1)将固态硼源以干粉或分散液形式通过摇晃、震荡、反复提拉、超声或真空浸渍方式添加到泡沫金属基底模板的孔隙中，之后将负载硼源的泡沫金属放入烘箱充分干燥；
5、(2)在载气保护气氛下将反应炉腔体加热到设定的预处理温度；
6、(3)向反应炉腔体恒温区内放入表面负载固态硼源的泡沫金属，通入预处理气氛，预处理10min～120min；
7、(4)在载气保护气氛下，将步骤(3)预处理的泡沫金属冷却后取出，得到硼源在表面均匀分布的泡沫金属；
8、(5)在载气保护气氛下，将反应炉腔体加热到设定的还原温度；
9、(6)向反应炉腔体恒温区内放入经过预处理后的泡沫金属，并通入还原气体，还原时间10min～60min；
10、(7)向反应炉腔体内通入氮源气体、还原气体及载气的混合气氛，固态硼源和氮源气体在泡沫金属基底表面转换为h-bn；所述混合气氛中，氮源气体、还原气体和载气的流量比为1:(0.5～80):(0～100)，反应时间1min～500min；
11、(8)在载气保护气氛下，将步骤(7)获得的泡沫金属冷却后取出，得到生长在泡沫金属基底上且三维连通的高质量h-bn网络结构。
12、所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，根据具体应用需要选择保留泡沫金属基底或采用金属刻蚀液去除泡沫金属基底，将去除泡沫金属基底的h-bn充分清洗、干燥，得到高质量三维h-bn网络。
13、所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，步骤(1)中，固态硼源包括但不限于氧化硼、硼粉、硼酸的一种或两种以上混合。
14、所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，步骤(1)中，采用泡沫金属基底模板为具有三维连通开孔结构的泡沫金属，泡沫金属具有一定硼固溶度或能与硼形成中间产物，包括但不限于泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁、泡沫钴中的一种或者两种以上金属所形成的合金；所述泡沫金属基底模板的孔隙率分布在50～1000ppi，密度为0.1～1.5g/cm3，厚度为0.1mm～50mm，长度和宽度为0.5cm～2m。
15、所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，步骤(2)中，预处理温度为300～1050℃，优选600～1000℃。
16、所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，步骤(3)中，预处理气氛为氧气、氩气、氮气、氦气或氢气中的一种或两种以上的混合，且氧气和氢气不能同时使用，流量为10～5000sccm。
17、所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，步骤(2)、(4)、(5)、(7)、(8)中，载气为氩气、氦气中的一种或两种混合。
18、所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，步骤(7)中，氮源气体为氨气或氮气，流量为10～2000sccm；步骤(6)、(7)中，还原气体为氢气，步骤(6)中还原气体流量为10～5000sccm；步骤(5)、(6)、(7)中，反应炉腔体温度为900～1300℃。
19、所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，该方法通过选择不同的泡沫金属基底和/或调控制备过程中的温度、硼源种类、氮源种类、反应气氛，能够对所制备的三维h-bn网络的形貌、孔隙率、层数指标进行精准调控。
20、所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，所制备的高质量三维h-bn网络，在导热、储能、催化、吸附或航空航天领域应用。
21、本专利技术设计机理如下：
22、本专利技术首先将固态硼源颗粒负载于泡沫金属模板孔隙中，通过在特定气氛和温度下对泡沫金属进行处理，使得硼源均匀分布固定于泡沫金属模板表面。利用cvd工艺在适宜的温度及泡沫金属模板的催化作用下，固态硼源和气态氮源在泡沫金属模板表面反应生成高质量氮化硼层。
23、本专利技术具有如下优点及有益效果：
24、1.本专利技术采用cvd工艺，相比于冰模板法、盐模板法、气泡模板法等依靠微米/纳米级片径的h-bn组装搭接而构成微观存在大量界面的网络。cvd工艺所制备的h-bn网络具有层数可控、天然长程连通的特点，从而具有更为优异的热学、力学等性能。
25、2.本专利技术采用具有高催化活性的泡沫金属作为基底模板，保证所制备的h-bn具有优异的结晶质量。
26、3.本专利技术通过预先将固态硼源颗粒负载于泡沫金属基底孔隙中，并在特定气氛和温度下对泡沫金属进行处理，使得硼源均匀分布固定于泡沫金属基底表面。克服了目前利用cvd工艺制备大尺寸、密集孔氮化硼网络所普遍面临的硼源难以在体相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，根据具体应用需要选择保留泡沫金属基底或采用金属刻蚀液去除泡沫金属基底，将去除泡沫金属基底的h-BN充分清洗、干燥，得到高质量三维h-BN网络。
3.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，固态硼源包括但不限于氧化硼、硼粉、硼酸的一种或两种以上混合。
4.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用泡沫金属基底模板为具有三维连通开孔结构的泡沫金属，泡沫金属具有一定硼固溶度或能与硼形成中间产物，包括但不限于泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁、泡沫钴中的一种或者两种以上金属所形成的合金；所述泡沫金属基底模板的孔隙率分布在50～1000PPI，密度为0.1～1.5g/cm3，厚度为0.1mm～50mm，长度和宽度为0.5cm～2m。
5.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，
6.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，预处理气氛为氧气、氩气、氮气、氦气或氢气中的一种或两种以上的混合，且氧气和氢气不能同时使用，流量为10～5000sccm。
7.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，步骤(2)、(4)、(5)、(7)、(8)中，载气为氩气、氦气中的一种或两种混合。
8.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，步骤(7)中，氮源气体为氨气或氮气，流量为10～2000sccm；步骤(6)、(7)中，还原气体为氢气，步骤(6)中还原气体流量为10～5000sccm；步骤(5)、(6)、(7)中，反应炉腔体温度为900～1300℃。
9.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，该方法通过选择不同的泡沫金属基底和/或调控制备过程中的温度、硼源种类、氮源种类、反应气氛，能够对所制备的三维h-BN网络的形貌、孔隙率、层数指标进行精准调控。
10.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，所制备的高质量三维h-BN网络，在导热、储能、催化、吸附或航空航天领域应用。
...【技术特征摘要】
1.一种大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，根据具体应用需要选择保留泡沫金属基底或采用金属刻蚀液去除泡沫金属基底，将去除泡沫金属基底的h-bn充分清洗、干燥，得到高质量三维h-bn网络。
3.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，固态硼源包括但不限于氧化硼、硼粉、硼酸的一种或两种以上混合。
4.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，采用泡沫金属基底模板为具有三维连通开孔结构的泡沫金属，泡沫金属具有一定硼固溶度或能与硼形成中间产物，包括但不限于泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁、泡沫钴中的一种或者两种以上金属所形成的合金；所述泡沫金属基底模板的孔隙率分布在50～1000ppi，密度为0.1～1.5g/cm3，厚度为0.1mm～50mm，长度和宽度为0.5cm～2m。
5.根据权利要求1所述的大尺寸高质量三维六方氮化硼网络的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，预处理温度为300～1050℃，优选600～1000℃。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：任文才，马超群，高意雯，陈晨，徐川，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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