氮化硼纳米管的制备、结构及其生长机制研究

来源 :中国科学院金属研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:f2062325
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氮化硼纳米管(BNNT)由于独特的结构、性能和潜在的应用前景,成为凝聚态物理和纳米材料研究的前沿。然而BNNT的制备困难,产量和纯度低,一般产量在毫克/次量级,严重地制约了它在理论和应用上的进一步研究,因此开展BNNT的制备及其生长机制的研究具有一定的科学意义和应用价值。 本论文以无定型硼粉为硼源、NH3为氮源、MgO为催化剂,采用两阶段保温工艺制备多壁BNNT。同时发现水对BNNT生长具有显著的促进作用,通过适当的添加可以大幅度地提高BNNT的产量、纯度以及良好的重现性,产量可达克量级,纯度可稳定地达到30%以上; 绝大多数BNNT一端为形态各异的封闭端部,另一端常开口。其重要精细结构特征是层间有序堆垛和具有择优取向。基于形貌观察和拓扑结构的分析,考察了BNNT形貌、缺陷及其对力学性能潜在的影响三者之间的关系,并认为拓扑缺陷的不均匀分布对BNNT造成极大的破坏。BNNT开口端部与其生长机制无关,而是由于BNNT的断裂造成的。 基于制备过程中重要实验现象的综合分析,提出了高温固相反应辅助VLS机制。XRD证实该生长机制的合理性,同时直接证明BNNT生长过程中涉及到了中间过渡相。中间过渡相同时作为硼源和催化剂,对BNNT的生长起到了关键作用。作为生长促进剂的水可能是以某种方式提高了体系的活性,促进了BNNT的形核。 采用HNO3氧化法对制备产物进行纯化处理,并对提纯的BNNT的吸附特征和孔隙分布进行了初步的研究,发现多壁BNNT具有多维孔径结构。
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