探析氮化硼、硼碳氮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氮化硼、硼碳氮纳米管的制备及其生长机理的研究姓名：骆丽杰申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：童张法;陈拥军20090624氮化硼、硼碳氮纳米管fl,0$U备及其生长机理的研究摘要氮化硼纳米管(BY-N'rs)、硼碳氮纳米管(BCN-NTs)等一维纳米结构是继碳纳米管之后的又一类成为研究热点的类石墨轻元素纳米材料。氮化硼纳米管有着不同于碳纳米管的电学性能，其禁带宽度不随纳米管的直径和手性改变而变化，始终保持在5．5eV左右，表现出稳定的导电性能。另外，它还具有耐高温、良好的抗氧化性能特点，使其在高温半导体电子器件、储

2、能材料、磁性材料等方面有着潜在的广阔的应用前景。由硼、碳、氮三元素构成的纳米管具有与碳纳米管相近的优异机械性能，其导热性能好、化学性质稳定、电学性能和抗氧化性能优于碳纳米管，同时铁磁性强、蓝紫光发光性能优异。BCN纳米管的电子结构取决于其成分，与其几何手性无关，且其能隙可以在石墨和氮化硼之间调节，使其在储氢、陶瓷、催化、电子等领域拥有很高的应用价值。但是，目前关于BcN纳米管研究的报道并不多。本文综述了近些年来国内外关于氮化硼和硼碳氮一维纳米结构的研究进展，提出了一种新颖且简单的化学气相沉积(CVD)方法制备氮化硼和硼碳氮纳米管的合成路线，

3、并利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、电子能量损失谱(EELS)禾【IX射线能谱(EDX)等表征方法，分析了所得纳米管的形貌、结构和成分，并由分析结果探讨了这两种纳米管的生长机理。以无定形硼粉为硼源，与氧化锌均匀混合，在1200oC于氮气和氢气的混合气氛下反应合成了大量的竹节状氮化硼纳米管，纳米管直径较为均匀，在80nm左右，纳米管中的B和N原子处于sp2杂化状态，纳米管的结晶程度非常高。分析表明，BN纳米管的生长机制可归结为气一液一固(VLS)生长模型。采用无定形硼粉、氧化锌和无水乙醇为原

4、料，在氮气和氢气混合气氛下，于1150oC下合成了大量的竹节状硼碳氮纳米管。从形貌、微观结构等分析结果发现，所制备的硼碳氮纳采管是以B，C和N原子sp2杂化成键的三元化合物，没有出现BN和C相分离的现象，纳米管呈现了很高的结晶程度，同时，制备的硼碳氮纳米管纯度非常高、直径均匀。分析研究表明硼碳氮纳米管的生长机制也属于气一液一固(VLS)生长模型。反应温度、气体流量、乙醇用量等对硼碳氮纳米管的结构和形貌有较大影响。结果表明，合适的反应温度、气体流速及氢气的含量下才能合成出质量较好的纳米管产物。而当气体流量过大时，因为纳米管生长原料被带出反应室

5、太快，不利于纳米管的形成；反应温度太低，所得到的产物形貌杂乱；乙醇用量太大会造成硼碳氮纳米管的生长被抑制，只能得到碳纳米管；采用二茂铁作催化剂时，若将其溶解在无水乙醇中，随乙醇进入反应系统，虽然产量会有所提高，但难以控制硼碳氮纳米管的微观结构以及形貌。采用商业不锈钢箔作为生长基片，发现不锈钢箔在纳米管的生长过程中既是生长基片，又是良好的催化剂。关键词：氮化硼纳米管硼碳氮纳米管化学气相沉积法制备生长机制IISYNTHESISA。NDGROWTHMECHANISMOFBORONNITRIDEANDBORONCARBONITR【DENANOTUB

6、ESABSTRACTOne—dimensionalnanostructures，suchasboronnitridenanotubes(BN—NTs)andboroncarbonitridenanotubes(BCN—NTs)，haveattractedmoreandmoreattentionsincurrentresearchareasofnanomaterialsaftercarbonnanotubes．Differentfromcarbonnanotubes，BNnanotubeshaveaconstantbandgapofabout

7、5．5eVwhichdoesnotchangewiththenanotubediameterandchirality．Inaddition，theyfindpotentialandwideapplicationsinhigh—temperatureceramics，energystorageandmagneticmaterialsduetothehightemperatureresistanceandanti-oxidationproperties．BCNnanotubeshavesimilarexcellentmechanicalprop

8、ertieswithcarbonnanotubesbutbetterelectricalpropertiesandoxidationresistance．Moreover,the