[发明专利]一种管径小于100纳米的氮化硼纳米管的批量制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种管径小于100纳米的氮化硼纳米管的批量制备方法。

背景技术

氮化硼纳米管类似于碳纳米管，可以看做是碳纳米管中的碳原子被硼和氮原子交替取代的产物。氮化硼纳米管不仅具有可以与碳纳米管相媲美的力学性能和热传导性能，而且还具有优异的抗氧化性，化学稳定性和热稳定性，这使得氮化硼纳米管成为理想的在结构材料，应用于纳米复合材料中。氮化硼纳米管为稳定的宽带隙材料，电学性能不随管径和手性改变，这相对于碳纳米管易变的电学性能而言，氮化硼纳米管在电子器件中的应用具有较大的优势。此外，氮化硼纳米管还具有较好的储氢性能，阴极射线发射性能和生物相容性，这些优点可使氮化硼纳米管在能源，场致发光和生物医用领域具有潜在的应用价值。

常用的氮化硼纳米管制备方法有电弧放电法，激光烧蚀法，模板法，机械球磨法，CVD以及热分解法等，对于模板法，机械球磨法，CVD以及热分解法等这些方法不仅存在产率低，纯度低，制备温度高，成本高或者工艺复杂难以产业化等缺点，而且制备出的氮化硼纳米管管径都较大，超过100纳米以上；而使用电弧放电法，激光烧蚀法等，可以得到较细的氮化硼纳米管，但成本高，产率低，纯度也较低。优质氮化硼纳米管的难以制备，使得对其进一步的研究变得困难，这严重制约着氮化硼纳米管的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种不仅产率高、纯度高、制备条件温和、成本低、工艺简单，制备所得的氮化硼纳米管的直径在100纳米以下，而且该制备方法易于放大，可以达到批量生产的目的。

本发明的技术方案是：一种管径小于100纳米的氮化硼纳米管的批量制备方法，其特征在于：将无定型硼粉、过渡金属氧化物和CaO浸入36～38wt%的盐酸中并搅拌，待过渡金属氧化物和CaO溶解后，加入碱性溶液直至出现沉淀，再经过滤、水洗、干燥得到沉淀和无定型硼粉的混合物，将混合物在氮气或氩气保护下加热至1000～1100℃后停止通入保护气体，然后通入氨气或者氮气与氢气的混合气体进行反应并继续加热至1200～1400℃，保温0.5～4小时，然后将温度降至室温，得到白色粗产物，将粗产物在空气中加热至600℃后酸洗、干燥，即获得管径为3～100纳米、长度为数十微米的氮化硼纳米管。

    所述无定型硼粉、过渡金属氧化物和CaO三者的摩尔比为1:0.01～0.08:0.03～0.3。

    所述过渡金属氧化物为Fe或Co或Ni的氧化物。

    所述碱液为氨水或氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

该制备方法可能存在的反应举例如下（以无定型硼粉，氧化铁和氧化钙为例）：

Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O

FeCl₃+3OH^-=Fe(OH)₃+3Cl^-

2Fe(OH)₃=Fe₂O₃+3H₂O

CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O

CaCl₂+2OH^-=Ca(OH)₂+2Cl^-

Ca(OH)₂=CaO+H₂O

2NH₃=N₂+3H₂

Fe₂O₃+3H₂=2Fe+3H₂O

N₂=2N^*

B+N^*=BN