微納結構氮化硼

2021-09-07 09:44:07

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關于多種微納結構氮化硼材料的及大規模合成方法研究，已經獲得了面向不同領域所需的具有不同結構和功能的微納氮化硼材料，系統地討論了這些材料的力學、電學、光學等性質，為其在納米電子學、復合增韌、能源等領域內的應用奠定理論和試驗基礎。單體硼

（1）球形BN納米顆粒的綠色、大規模合成及商用化設備中試開發

以硼酸酯為原料，通過CVD方法和準確地合成工藝控制來制備球形BN納米顆粒，實現了直徑為30~50 nm的BN納米球的大規模合成，這種CVD方法不工藝簡單，而且副產物為可以收集的醇和醚，對環境。目前，本中心已經實現了球形BN納米顆粒的中試生產，可以日產BN納米球5 kg以上，為工業化應用奠定了基礎。相關產品的產業化推廣已經與企業達成了初步協議。以這種球形BN為前驅體，在不添加催化劑的條件下，通過高溫高壓反應制備了具有納米孿晶結構的立方結構BN，該種材料的硬度不遠過常見的商業微米級立方BN，而且還超過理想的金剛石的硬度，同時還表現出的斷裂韌性和抗高溫氧化能力，這一研究工作無疑為未來在刀具和鉆頭的應用開辟了廣闊前景。立方氮化硼

（2） BN納米管的可控合成及性能研究

發明了“可移催化劑在位CVD 反應方法”，實現了氮化硼納米管的大規模、制備。按照這個方法建立的實驗室生長設備，能夠達到日產10 g 純度大于95 %的BN 納米管。同時還在國際上次獲得了具有全缺陷結構的BN 納米管（現在已被通稱為崩潰的BN 納米管）。近年我們也以Li2O 為催化劑合成了管徑小于10 nm 的超細BN 納米管；采用Li2CO3為催化劑合成了管壁厚度約50 nm的BN微米管，并通過在原料中引入碳源合成了C摻雜的BN微米管，摻雜后的BCN管場發射性能相對純的BN微米管有了很大提高。

深入研究了BN 微/納結構的電子輸運、氫儲存、熱傳導、場發射、光學和力學等性能。采用化學氣相沉積方法，次合成了F均勻摻雜的BN 納米管，這種F摻雜BN 納米管的電導率可以通過摻雜量調節，低于5%的F摻雜就能夠使BN納米管的電導提高3個數量級以上。我們也發現，具有全缺陷結構的崩潰狀BN納米管在10MPa和室溫下的氫的吸附值為4.2 wt%。其它的關于 BN 納米材料的力學、熱學、場發射、光催化、功能化和復合材料領域的工作也有系統的研究。

采用“可移催化劑原位CVD方法”，實現了BNNT的大規模制備