氮化硼(BN)是由ⅢA族元素B和VA族元素N化合而成的共价半导体材料,晶态氮化硼可分为以下四种：六方氮化硼(h-BN)、立方氮化硼(c-BN)、菱方氮化硼(r-BN)和纤锌矿氮化硼(w-BN)。其中h-BN与石墨结构相似,因此它们具有相似的物理化学性质,如良好的润滑性、高强度、高热导率等。与石墨不同的是,六方氮化硼的带隙能量(Eg)在3.6～7.2eV之间,在氧化气氛中的热稳定性可达900℃,可用于制作高温、高压、绝缘、散热部件,广泛用于化工、机械、电子以及航空航天等高科技领域。随着人类对材料研究的不断深入,纳米材料表现出的优良性能引起了学术界的普遍关注,有关BN纳米材料的理论研究和制备技术也得到了大力发展。目前,BN纳米材料的制备存在合成条件苛刻、产量小、纯度低、成本高等问题,严重限制了BN纳米材料的性能研究和实际应用。寻找宏量、结构可控、纯度高以及结晶好的BN纳米材料合成工艺是目前亟待解决的问题。本论文通过改进化学气相沉积法和固相反应法成功制备了产量大、纯度高的BN纳米管、BN微纳米复合结构,并初步研究了相关产物的热性能和发光性能。另外,对这几种BN纳米结构的生长机理进行了详细的探讨,结合晶体生长的基本理论,提出了生长机制。主要内容有：1.以无定形硼(B)粉和三氧化二铁(Fe203)为原料,在氨气气氛、1300℃下,通过化学气相沉积(chemical-vapor-deposition, CVD)法在不锈钢基片上成功合成高纯度的BN纳米管。所得纳米管的直径在40-100nm之间,长度可达200μm以上。系统研究了Fe203用量对BN纳米管产量和结构的影响。研究表明,当Fe203用量较少时,纳米管产量较低,但纯度较大,几乎没有颗粒团簇存在,管壁和管腔内的B-O-Si-Mn夹杂物较少；当Fe203用量较多时,纳米管产量较高,但纯度降低,颗粒团簇明显增多,管壁和管内B-O-Si-Mn夹杂物也随之增多。反应温度对BN纳米管的形貌和产量也有重要的影响。当反应温度较低时,纳米管的产量较低,主要形貌为竹节状；当反应温度较高时,纳米管的产量明显增加,主要形貌为圆柱状。除此之外,不同气氛对BN纳米管的制备也有一定的影响。纳米管的生长可归结为气-液-固(vapor-liquid-solid, VLS)生长机理。2.提出一种气态氧化物(水蒸气(H20)或氧气(O2))辅助CVD制备BN纳米管的新方法。以无定形B硼粉为硼源,氨气为氮源,水蒸气为辅助氧化物(或氧气),在1300℃下,通过化学气相沉积法在不锈钢基片上成功合成了高纯度的BN纳米管。与固态氧化物辅助CVD法相比,气态氧化物辅助法可在反应过程中持续补充氧化物,使反应连续不断的进行,大大提高了纳米管的产率。与固态金属氧化物辅助CVD法相似,水蒸气流量对纳米管的形态、产量及纯度均有重要影响。BN纳米管的生长可由氧化物辅助生长机理和VLS机理解释。制备的BN纳米管在443、512和703nin处出现三个显著的光致发光峰,这说明BN纳米管是一种潜在的发光材料。3.利用固相反应法合成BN纳米管。通过B-C-Fe催化剂物料体系制备BN纳米管,分别考察了单质Fe、Fe2O3、和Fe(NO3)3·9H2O充当催化剂对合成BN纳米管的影响。催化效果为：Fe<Fe2O3<Fe(NO3)3·9H2O。4.将B-C混合粉料在催化剂的乙醇溶液中均匀搅拌,得到湿混料,将湿混料高温处理后成功合成大量的BN纳米管。研究表明,与固相混合相比,溶剂分散法极大的提高了催化剂的分散效果,有效的防止粉料团聚,显著的提高纳米管的产量。改变反应参数,如反应温度、反应时间、气体流速等,确定了最佳的合成工艺：B:C:Fe(NO3)3·9H2O摩尔比为1：1：0.05、反应温度为1300℃、氨气流速为50sccm、保温时间为5h。不同铁盐充当催化剂对合成纳米管的影响较小,实验表明,可溶性铁盐具有较好的催化效果：Fe(NO3)3·9H2O≈FeCl3·6H2O≈FeCl2·4H2O>=Fe2(SO4)3·9H2O。BN纳米管的生长可归结为VLS和固-液-固(solid-liquid-solid, SLS)机制。5.利用固相反应法,将原料B-Fe(NO3)3·9H2O体系物料在乙醇溶剂中均匀分散,得到湿混料,高温处理后成功合成BN微纳米复合结构-BN纳米片修饰的微米空心球。实验表明,温度对微纳米复合结构的形貌、产量有强烈的影响。1100℃时,得到表面光滑的BN空心球,且产量较小；1300℃时,得到表面具有纳米片修饰的BN空心球且产量较大,热重分析显示其抗氧化能力高达900℃。光滑空心球的形成可归结为VLS生长机制；表面具有纳米片修饰的空心球的形成可归结为VLS和气-固(vapor-solid, VS)生长机制。6.合成一种新型BN微纳米复合结构的微米线。将原料B-FeCl3·6H2O在乙醇溶剂中均匀分散,得到湿混料,高温处理后得到大量BN微纳米复合结构的微米线。微米线的直径为3～4μm,长度可达100μm以上；微米线表面布满纳米薄片,纳米片厚度在2-5nm之间,长度可达600nm。这种片状突起,能够大幅增加BN微米线的比表面积,有望成为一种高效的催化剂载体或者高效的储能材料。