[发明专利]一种制备超薄壳层氮化硼纳米空心球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备超薄壳层氮化硼纳米空心球的方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

六方氮化硼具有类似石墨的片层状结构，其电绝缘性好、热导率高，而且具有良好的化学稳定性、抗氧化能力和优异的润滑性能。例如CN1931719A提出了一种用作润滑剂的六方氮化硼纳米微球及合成方法和，该六方氮化硼微球为层状结构，直径为30－150纳米。其中直径为30－50纳米的六方氮化硼纳米微球量≥60％。其制备方法是：将氧化硼与一元醇发生酯化反应，生成三羟基硼酸酯与硼酸的混合物，用氮气或惰性气体将其带入氮化炉中，与过量的氨气在高温进行反应；或直接将反应混合物雾化成微米雾滴后，用氮气或惰性气体将其带入氮化炉中，与过量的氨气在高温进行反应。

自从石墨空心球等类富勒烯结构的纳米材料被发现以来，六方氮化硼纳米空心球的研究也引起的广泛关注，原因在于这类纳米结构具有特殊的电、光、磁和力学等性能。正是由于氮化硼纳米空心球具有如此重要的应用价值，人们对六方氮化硼的制备方法进行了广泛的探索，提出了包括溶胶－凝胶法、模板法、高温高压法、电弧放电法等多种工艺方法。例如CN102515120A公开了一种六方氮化硼空心微球的制备方法，原料为硼酸、硼砂、尿素、十二烷基三甲基氯化铵和网络剂，添加软模板制备六方氮化硼前驱体凝胶；再制备前驱体粉体进而合成六方氮化硼粉体；本发明不易发生团聚，保温时间较短。

现有技术制备六方氮化硼的不足之处在于：1、制备条件比较苛刻，对设备的要求过高。2、六方氮化硼的产率较低且六方氮化硼中空心球含量偏少。3、现有技术制备的六方氮化硼产品球壳较厚，大大影响了产品的比表面和孔结构特性以及壳层的渗透能力，不利于产品的后续应用。因此，开发出一种操作简单、成本低、产率高以及具有超薄壳层结构特性的氮化硼纳米空心球的新方法具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种制备超薄壳层氮化硼纳米空心球的方法，该方法条件温和、设备要求简单、产率高，适于工业化生产，制备出的氮化硼纳米空心球具有超薄壳层结构。

本发明的技术方案如下：

一种制备超薄壳层氮化硼纳米空心球的方法，包括步骤如下：

（1）将氟硼酸铵、叠氮化钠和硫粉混合均匀后在100～300MPa下压制成块，所述氟硼酸铵、叠氮化钠、硫粉是按质量比为1.02：(1～4)：(0.16～1.28)混合；

（2）将步骤（1）制得的块状混合料在惰性气体下装保护入反应釜并密封，在250～350℃下反应2～12小时；

（3）反应结束后，把得到的反应产物依次用去离子水、二硫化碳、盐酸和乙醇洗涤、过滤，除去杂质和副产物，所得的样品在40～100℃干燥，即得超薄壳层氮化硼纳米空心球，球壳平均厚度在1～15纳米。

本发明制得的超薄壳层氮化硼纳米空心球外径在100～300纳米范围内；优选的，超薄壳层氮化硼纳米空心球的球壳平均厚度在1～10纳米。

本发明的超薄壳层氮化硼纳米空心球的制备方法，在该反应过程中伴随气态成分的大量生成，而气态副产物从氮化硼超薄纳米片表面逃逸后会驱动纳米薄片的弯曲，然后迅速形成空心结构。

根据本发明优选的，上述步骤（1）中，所述氟硼酸铵、叠氮化钠、硫粉是按质量比为1.02：(2～3)：(0.50～1.00)混合。

本发明最优选的，上述步骤（1）中，所述氟硼酸铵、叠氮化钠、硫粉是按质量比为1.02：2.5：0.64混合。

根据本发明优选的，上述步骤（2）中反应温度为320～350℃。

根据本发明，进一步优选的，上述步骤（2）中最佳反应温度为350℃。

根据本发明优选的，上述步骤（2）中的反应时间为2～5小时。

根据本发明，进一步优选的，上述步骤（2）中最佳反应时间为2小时。

根据本发明优选的，上述步骤（2）中，所述的惰性气体选自氮气、氖气或氩气。

本发明优选的实施方案如下：

将1.02g氟硼酸铵、2.5g叠氮化钠和0.64g硫粉混合均匀后，在200MPa下压制成致密的块状；然后在氮气保护下装入反应釜中并密封，加热到350℃恒温反应2h；反应结束后，将得到的反应产物自然冷却到室温，然后依次用去离子水、二硫化碳、盐酸和乙醇洗涤并过滤，除去杂质和副产物，所得的样品在60℃下干燥，即得到超薄壳层的氮化硼纳米空心球。