[发明专利]磁性纳米颗粒周期性填充氮化硼竹节状纳米管制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化硼纳米管的制备技术，具体为一种磁性纳米颗粒周期性填充 的氮化硼竹节状纳米管制备方法。通过在化学气相沉积炉中添加浮动催化剂，控 制合成磁性纳米颗粒的周期性填充的氮化硼竹节状纳米管，该纳米管具有高稳定、 强铁磁性和优越阴极射线发光等特性。

背景技术

由于一维纳米材料独特的结构，决定了很多不同于相应的块体材料的优异性 能，如表面效应和量子尺寸效应等。与零维纳米结构(纳米颗粒)相比，一维纳 米材料提供了一种更加理想的研究量子限域效应对电运输、热传导、光学和机械 性能影响的模型体系，不仅对介观物理学具有重要的理论意义，而且在纳米微电 子元器件、纳米光电转换器以及纳米复合材料等多个领域表现出了诱人的应用前 景。

氮化硼和石墨或金刚石的结构十分相似，其中六方氮化硼类似于石墨的层状 结构，其晶胞参数(a＝0.2504nm；c＝0.6660nm)和石墨(a＝0.2464nm；c＝0.6708nm) 也几乎相同，因而氮化硼也可形成纳米管状结构。理论研究和实验证明，氮化硼 纳米管是宽能隙(约为5.5eV)半导体，与碳纳米管的电学性能明显不同，其电学性 能与其直径和手性无关。氮化硼纳米管作为宽带隙材料具有优异的物理性质和良 好的化学惰性，表现出稳定均匀的电学特性，是制作高可靠性器件与电路的理想 电子材料之一；同时还具有极好的化学稳定性、耐热性、导热性、耐腐蚀性和高 温下较高的机械强度以及短波超紫外发光特性，是制作超紫外短波发光器件的理 想材料之一。如何获得高结晶性、结构均一的氮化硼纳米管是研究性能的关键。

磁性单质纳米颗粒，由于其高的化学活性，室温下就容易被氧化，无法实现 高温作业，超高稳定的氮化硼包覆可以理想的解决实际应用的难题，获得周期性 磁性纳米颗粒填充的氮化硼竹节状纳米管，为拓展理论研究研究单个半导体和铁 耦合的单磁畴提供了一种理想的结构单元，还为制作高可靠性磁学器件、发光元 件与纳米微电路提供了一种理想的结构单元。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性纳米颗粒周期性填充的氮化硼竹节状纳米管 制备方法，其纳米管的结构特征磁性纳米颗粒在氮化硼竹节状纳米管节点处的周 期性填充，性能特征是高稳定、强铁磁性和优越的紫外和可见光的阴极射线发光 特性。通过浮动催化剂法，选择低蒸发温度的催化剂，控制气氛和反应温度，催 化反应氨气达到磁性纳米颗粒装填量和氮化硼竹节状纳米管直径和长度的控制。

本发明的技术方案是：

一种磁性纳米颗粒周期性填充氮化硼竹节状纳米管制备方法，它是采用浮动 催化法制备高稳定和强铁磁性，具有优越阴极射线发光磁性纳米颗粒周期性填充 的氮化硼竹节状纳米管制备方法。该方法主要由以下两步法完成：第一步，前驱 体制备；第二步，磁性纳米颗粒周期性填充的氮化硼竹节状纳米管控制合成。

1.前驱体制备

按一定化学配比的硼粉、氧化硼、磁性金属氧化物(氧化铁、氧化钴、氧化 镍、氧化锰、稀土氧化物之一种或多种)，硼粉、氧化硼、磁性金属氧化物的比例 范围如下，硼粉∶氧化硼∶磁性金属氧化物按照质量比1∶1-10∶1-5混合，在高 压氨气气氛(5-10个大气压)中高能球磨1-10个小时获得富含N的B-N-O-M(M 为磁性金属：铁、钴、镍、锰、稀土金属之一种或多种)前驱体，前驱体B-N-O-M 的原子比具体范围：10∶0.1-1∶1-20∶0.2-6。

本发明中，稀土氧化物可以为氧化钇、氧化铈、氧化镱、氧化钕或氧化铕等。

2.磁性纳米颗粒周期性填充的氮化硼竹节状纳米管控制合成