[发明专利]一种纳米氮化硼管的制备方法

说明书

本发明涉及纳米材料制备，特别提供了一种纳米氮化硼管的制备技术。

氮化硼(BN)管是最近在材料领域中，继纳米碳管之后的另一重大发现。基于氮化硼和碳在结构上的相似性，1994年人们从理论上提出了BN管存在的可能性。电子结构计算表明，BN管在任何情况下，都具有能带间隙，与其管径、螺旋性和管壁层数等无关，使其电学性能比纳米碳管的电学性能随管径、螺旋性和管壁层数等结构因素的变化所表现出的半导体和金属两种特性更具优越性，也使其比纳米碳管更具有应用前景。另外，BN管具有比纳米碳管更好的抗氧化性，是良好的导热体和绝缘体。可望在半导体、微电子和光子设备等方面获得应用。此外，BN管还极有可能具有其他的特殊性能有待证实和开发。目前，BN管的制备方法主要有两种：一种是电弧法，利用类似于C₆₀的Kratschmer-huffman制备方法，在氮气气氛中，采用中间是用六方BN粉压制成的BN棒，外层是钨棒做成的电极作阳极，用经过水冷的铜棒作阴极，连续的电弧放电，就在阴极上沉积了一层BN管；另一种方法是激光烧蚀法，采用立方BN粉压制成的薄片为样品，用温度可达到5000K的激光照射，使立方BN转变为六方BN管。上述方法均存在产量少，产物纯度低，生长周期长等缺点。电弧法和激光烧蚀法可以制备直径比较小、均匀的BN管，但产率低、工艺复杂、成本高而且产品杂质非常多，不易提纯。而基体法工艺简单、成本低、制备方便有利于控制，更利于大量生产。

本发明的目的在于提供一种生成BN管的方法，可以生成比电弧法和激光烧蚀法纯度高和质量高的BN管。

本发明提供了一种纳米氮化硼管的制备方法，其特征在于：以TiB₂、TaB₂、MoB、Mo₂B₅金属硼化物为催化剂和硼源，以氮气为稀释气，在高温下气相生长生成BN管，生长温度区间为1100℃-1400℃，生长时间1-2小时，NH₄Cl与N₂的摩尔比为1∶5-1∶12。具体操作过程如下：将装有TiB₂、TaB₂、MoB或者Mo₂B₅等金属硼化物的瓷舟放于卧式反应炉中，在室温下通入稀释气体N₂，并按20-30℃/min的升温速率加热反应炉。当反应炉温度升到700℃-800℃时，开始在300-400℃下加热易分解铵盐(如NH₄Cl、NH₄HCO₃、(NH₄)₂SO₄等)，升华的气态易分解铵盐随着氮气进入反应炉。当反应炉温度达到1100-1400℃时，恒温1-2小时。反应结束后在氮气保护下降温到300℃时，取出样品。

当催化剂和硼源为TiB₂时，铵盐挥发速率为20-30mg/min，稀释气体为N₂，其流量为35-45ml/min，生长BN管的温度区间为1100℃-1250℃。

当催化剂和硼源为TaB₂时，铵盐挥发速率为20-30mg/min，稀释气体为N₂，其流量为35-45ml/min，生长BN管的温度区间为1200℃-1300℃。

当催化剂和硼源为MoB、Mo₂B₅时，铵盐挥发速率为20-50mg/min，稀释气体为N₂，其流量为35-50ml/min，生长BN管的温度区间为1250℃-1350℃。