專利名稱：一種在低溫下制備硼碳氮納米管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超硬新材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種在低溫下制備硼碳氮納米管的工藝。
背景技術(shù)：
眾所周知，硼碳氮化合物是一種超硬材料。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)和組成的不同，它具有在碳和氮化硼之間可以調(diào)節(jié)的性質(zhì)，因而B-C-N化合物是一種潛在的制造電子和光子器件的物質(zhì)。自從發(fā)現(xiàn)了碳和氮化硼納米管，很多科學(xué)家開始致力于合成和表征sp2雜化的納米管。特別值得注意的是，理論和實(shí)驗(yàn)研究都表明B-C-N是碳和氮化硼的原子級(jí)的雜化，并且是從層狀的BCN物質(zhì)延伸生成管狀結(jié)構(gòu)。Weiqiang Han等在《材料化學(xué)》(Chem.Mater.1999，11，3620-3623)上的文章中先用化學(xué)氣相沉積法使用鋁片支撐的Fe2O3作催化劑制得外徑為15nm的碳納米管，再把裝有3克B2O3和8mg碳納米管的BN坩堝置于管式爐中，通高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣，在1773K加熱1小時(shí)得到硼碳氮納米管。這種方法的缺點(diǎn)是需要的反應(yīng)溫度很高，工藝復(fù)雜，原料的成本高。Rahul Sen在《化學(xué)物理快報(bào)》(Chem.Phys.Lett.1998，287，671-676)的文章中先把BH3，N(CH3)3和吡啶的混和物加熱到300℃使之升華，把此蒸汽和氬氣混和形成混和氣，在放有Co粉末的管式爐中1000℃時(shí)通入混和氣會(huì)產(chǎn)生含有硼碳氮三種元素的殘?jiān)?，把殘?jiān)虲o粉在1000℃時(shí)通氬氣得到硼碳氮納米管。此法用高溫分解法制得了硼碳氮納米管，缺點(diǎn)是合成溫度較高，原料成本高。Liu J.W.等在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(J.Am.Chem.Soc.2003，125，8088-8089)的文章中用溶劑熱法在較低的溫度下合成了碳和氮化硼納米管，所以用溶劑熱法低溫合成硼碳氮納米管的方法是合理可行的，也是很有實(shí)際意義的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的制備硼碳氮納米管工藝存在的上述不足，本發(fā)明提供一種在低溫下制備硼碳氮納米管的方法，該方法不僅制備工藝簡(jiǎn)單可靠，而且由于采用溶劑熱方法降低了生產(chǎn)成本，反應(yīng)易于控制。
本發(fā)明在技術(shù)方案中，采用溶劑熱方法，制備出硼碳氮納米管在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，把分析純的KBH4，NH4Cl，ZnBr2和苯加入不銹鋼反應(yīng)釜中密封，然后在一定溫度下加熱一定的時(shí)間，使不銹鋼反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，取出產(chǎn)品。經(jīng)過洗滌和真空干燥后最終制備出硼碳氮納米管。
該制備工藝主要包括如下步驟(1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將分析純的KBH419.73％～36％(重量)、NH4Cl2.41％～7.47％(重量)和ZnBr28.32％～15.22％(重量)加入苯中，苯的重量百分比為45.34％～67.99％；攪拌，把混合物置于不銹鋼反應(yīng)釜中，密封；(2)在400～600℃下加熱8～24小時(shí)，然后使不銹鋼反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，取出產(chǎn)品；(3)將產(chǎn)品用無(wú)水乙醇和水洗滌3～5次，然后在80～120℃下真空干燥1～5小時(shí)，即可得到BCxN(X＝0.33～2.50)納米管。
本發(fā)明采用了溶劑熱合成方法，能夠在不銹鋼反應(yīng)釜中產(chǎn)生一定的壓力促使反應(yīng)進(jìn)行。用溶劑熱法得到的硼碳氮納米管管形較直，且條件溫和，工藝簡(jiǎn)單，所以本發(fā)明有很重要的意義。


圖1是一根有代表性的硼碳氮納米管的TEM圖片；圖2是圖1中管放大倍數(shù)更大的TEM圖片；圖3是在圖2中1，2，3處得到的EELS圖；圖4是硼碳氮納米管對(duì)應(yīng)的高分辨圖像。
具體實(shí)施例方式
在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將分析純的9.708克KBH4，1.605克NH4Cl，3.378克ZnBr2加入30ml苯中，攪拌，把混合物置于50ml不銹鋼反應(yīng)釜中密封，在480℃下加熱12小時(shí)，然后使釜自然冷卻到室溫，取出產(chǎn)品。依次用無(wú)水乙醇和水洗滌3次。然后在100℃下真空干燥2小時(shí)，即可得到BCxN(X＝0.33～2.50)納米管。
圖1是制得的一根有代表性的硼碳氮納米管，管形較好，比很多文獻(xiàn)中得到的硼碳氮納米管直，管底部為銳角。制得的納米管內(nèi)外徑分別為100～400nm和200～500nm，管長(zhǎng)度達(dá)到幾微米。
圖2是這根硼碳氮納米管的中部，我們分別在1，2，3處用EELS測(cè)得了三處的元素組成。圖2右上角是納米管的電子衍射花樣，可知衍射環(huán)對(duì)應(yīng)的002，100，110晶面是六方B-C-N納米晶體的晶面。
圖3是在圖2中1，2，3處得到的EELS圖，在188，284，401ev處的峰分別對(duì)應(yīng)B，C，N的K邊離子化峰，從硼和碳的峰形可知B-C-N納米管是sp2雜化的?？紤]到10％的誤差，可以認(rèn)為管壁上原子比B/N都是1.0，在1，2，3處的定量結(jié)果分別為BC2.50N，BC0.33N和BC1.33N，所以管的組成可以表示為BCxN(X＝0.33～2.50)。結(jié)合圖2中的衍射圖像，可知制得的是硼碳氮納米管。
圖4是硼碳氮納米管對(duì)應(yīng)的高分辨圖像，它表明納米管有一定的結(jié)晶度，從圖中可以測(cè)得晶面間距是0.335nm，它與h-BN中002晶面間距接近。
權(quán)利要求
1.一種在低溫下制備硼碳氮納米管的方法，其特征是該制備硼碳氮納米管的方法包括以下步驟(1)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將分析純的KBH419.73％～36％(重量)、NH4Cl2.41％～7.47％(重量)和ZnBr28.32％～15.22％(重量)加入苯中，苯的重量百分比為45.34％～67.99％(重量)；攪拌，把混合物置于到不銹鋼反應(yīng)釜中，密封；(2)在400～600℃下加熱8～24小時(shí)，然后使不銹鋼反應(yīng)釜自然冷卻到室溫，取出產(chǎn)品；(3)將產(chǎn)品依次用無(wú)水乙醇和水洗滌3～5次，然后在80～120℃下真空干燥1～5小時(shí)，即可得到化學(xué)成分為BCxN(X＝0.33～2.50)硼碳氮納米管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在低溫下制備硼碳氮納米管的方法。該方法在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將分析純的KBH
文檔編號(hào)C01B21/00GK1830781SQ20061001244
公開日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者高發(fā)明, 孫桂芳, 侯莉 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)