[发明专利]一维氮化硼纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一类一维氮化硼纳米材料及其制备方法。所述制备方法包括：将一维硼酸盐前驱物在含氮气氛中加热至1000～1500℃并保温反应，之后在保护气氛中降温至室温，获得粗产物，再对所述粗产物进行后处理，获得一维氮化硼纳米材料；所述一维硼酸盐前驱物可选自硼酸盐晶须、纳米棒、纳米线、纳米带等。本发明制备工艺简单可控，原料廉价易得，原料转化率高达85％，提纯后目标产物纯度高达99％，单批次反应可制备克级以上的一维氮化硼纳米材料，能实现一维氮化硼纳米材料的批量生产，利于一维氮化硼纳米材料的广泛应用，例如可应用于深紫外发光、复合材料、散热材料、摩擦材料、药物负载、催化剂载体等诸多领域。

技术领域

本发明涉及一类氮化硼纳米材料，特别涉及一类一维氮化硼纳米材料及其制备方法，属于无机纳米材料技术领域。

背景技术

氮化硼纳米材料具有许多优异的物理化学性质，包括优异的机械强度、高的导热系数、宽的直接带隙、良好的化学惰性(耐腐蚀、抗高温氧化性能)以及大的比表面积等，在电子器件、深紫外发光、复合材料、散热材料、摩擦材料、药物负载、催化剂负载等诸多领域有着广泛的应用前景。

其中，氮化硼纳米管(BNNT)由于其特殊的管状结构以及大的长径比和压电效应等，可以作为复合材料的增强体、催化剂载体，以及新型的压力传感器等，也可以作为小分子的输运通道以研究其输运机制。目前报道的氮化硼纳米管的合成方法有电弧放电法、激光烧蚀法、球磨退火法、化学气相沉积法、模板法等。不同方法的产物具有不同的结构和形貌。其中，电弧放电法、激光烧蚀法合成的纳米管具有较小直径(<10nm)和较少层数(≤3层)。球磨退火法和CVD法合成的纳米管普遍具有20-100nm的直径，以及大于10层的壁厚。上述的这些方法的共同点是都需要使用催化剂催化生长。模板法是以多孔的阳极氧化铝为模板，在其内沉积氮化硼，得到大管径(≥100nm)的氮化硼纳米管。但是，以上方法对BNNT的管径和壁数的控制仍然是一个难题，而且最重要的是难以实现BNNT的批量制备。

氮化硼纳米带(BNNR)可以看作是条状的氮化硼纳米片，其宽度介于纳米尺寸。由于其特殊的边带结构，包括具有丰富的不饱和键和可修饰性，进而展现出特异的物理性能，比如受宽度调控的窄带隙和特殊的磁性能等，在纳米电子器件、自旋电子器件、光电子器件、传感器、复合材料等方面有诱人的应用前景。而且在复合材料应用方面，其特殊的边缘结构也使得BNNR与基体有更好的界面键合，表现出比BNNT和BNNS更显著的增强效果。目前氮化硼纳米带的制备方法主要是采用等离子体，或碱金属蒸汽将氮化硼纳米管进行轴向剖切而得到纳米带。然而这些方法对设备要求较高，或者条件较为苛刻且具有一定危险性，以及产量很低。另外，还有一种原位反应生成BNNR的方法，其包括将无定型硼粉在干燥的氨气气氛下球磨之后与Li₂O混合在1200℃反应3小时，得到高质量的BNNR，但其产量只有40％。

综上BNNT和BNNR的研究现状，提出新的方法以实现大管径的BNNT和BNNR的大批量生产，是极为必要的。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一类一维氮化硼纳米材料及其制备方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一类一维氮化硼纳米材料的制备方法，其特征在于包括：将一维硼酸盐前驱物在含氮气氛中加热至1000～1500℃并保温反应，之后在保护气氛中降温至室温而获得粗产物，再对所述粗产物进行后处理，获得一维氮化硼纳米材料；所述一维硼酸盐前驱物选自包含锂、铍、镁、钙、锶、钡、铝、镓、铟、锌、钛中至少一种元素的一维硼酸盐材料。

本发明实施例还提供了由前述任一种方法制备的一维氮化硼纳米材料，所述一维氮化硼纳米材料包括氮化硼纳米管、氮化硼纳米带等。其中，所述一维氮化硼纳米材料的形貌和结构取决于所述一维硼酸盐前驱物的形貌和结构。

与现有技术相比，本发明的优点包括：