基于bcn纳米管的制备及其生长机理的研究

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1、广西大学硕士学位论文BCN纳米管的制备及其生长机理的研究姓名：莫丽玢申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：陈拥军20100501B．C．N纳米管的制备及生长机理的研究摘要近年来由于三元化合物硼碳氮(B．C-N)纳米管的优异电学、磁学、力学、高温稳定性和抗氧化性能等特点引起了人们广泛的关注。另外，B．C．N纳米管的禁带宽度几乎不受几何结构和手性的限制，还可通过改变其化学组成来调节。这一特性使得B．C．N纳米管在电子学、电子器件、光电材料、高温电子器件等领域存在着巨大的潜力，有望成为新型的电子材料。此外，B．C-N纳米管还拥有多孔、

2、轻质、高强度、高韧性等的特点，使它有可能成为新一代的储氢材料。但是，相对于碳纳米管和氮化硼纳米管，目前对硼碳氮纳米管的报道研究的研究很少，尤其是关于它的性能和应用。自从1994年被发现以来，B．C．N纳米管已经被多种合成方法制备出来了，如电弧法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、模板法和高温热解法等。而这些方法都或多或少的存在有一些缺点和不足，如原料的安全性、产量不高、纯度较低或是所制备出的硼碳氮纳米管内部出现BN相和C相分离等情况。本论文将采用两种不同的合成方法来制备三元化合物硼碳氮纳米管：化学气相沉积法和固相粉末法。这两种方法不但工艺

3、流程简单，而且所选用的原料如无定形硼粉、无水乙醇、活性碳粉和氮气等具有无毒或毒性较轻的特点。在高温条件下，通过催化剂的作用这些原料又能快速的反应并生长出纯度很高的B．C．N纳米管。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDX)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、电子能量损失谱(EELS)和拉曼光谱(Raman)等手段对所制备出的纳米管的形貌、结构和成分进行了表征，同时分析了B．C．N纳米管的生长机制。结果表明，化学气相沉积法能制备出高纯度的B．C-N纳米管，其形貌和产量受温度的影响很大，对气体流量的变

4、化也很敏感。在固相粉末法中采用了两组不同的反应原料体系。发现用硼酸作为硼源时较难形成B．C．N纳米管，主要是由于硼酸受热能分解为氧化硼和水蒸气。氧化硼在升温过程中容易形成玻璃体，把反应物料包裹起来，阻止了原料的进一步反应。而以无定形硼粉、活性炭粉和氮气为原料能制备出产量较大、纯度高、直径小的B．C．N纳米管，管径也比较均匀。另外发现B．C．N纳米管主要呈两种形貌：一种是竹节状的纳米管，直径较小，内部被完全分隔开来；另一种是近似中空的纳米管，直径较大，内部的分隔较少或是正在消失。两种形貌的B．C．N纳米管的平均直径在80nrll左右。

5、此外，我们还发现反应温度、催化剂种类和用量、气氛的种类和流量等对纳米管的形貌、直径及产量都有影响。随着温度的升高，纳米管的直径也会随之增大，但产量会有所减少。同时纳米管会由竹节状转变为近似中空状。分析表明固相粉末方法所制备出的B．C．N纳米管的生长机理综合了固．液．固(SLS)模型和气．液．N(VLS)两种模型的特点。关键词：硼碳氮纳米管合成化学气相沉积固相粉末法生长机理IISYNTHESISANDGROWTHMECHANISMOFBORoNCARBONITRIDENANOTUBESABSTRACTTernaryboroncarbo

6、nitride(B删)nanotubesattractedconsiderableattentionsinrecentyearsduetotheirfavorablecapability,suchasexcellentmechanicalproperties，electricalpropertiesandanti-oxidantcapacities．Inaddition，theoreticalstudieshaverevealedthatthebandgapsofB—：■呵nanotubesareunrestrictedbygeom

7、etricalstructureandcanbetailoredoverawiderangebysimplyvaryingthechemicalcomposition，whichissuperiortotheircarbonandboronnitride(BN)nanotubecounterparts．ThisgivesB_C_Nnanotubespotentialforapplicationinelectronics，electricalconductors，photoluminscentmaterials，hightempera

8、turelubricantsandnovelcomposites．Furthermore，B_C_Nnanotubescouldbeoneofthepossiblecandidatesforhydrogenstoragebecause