论文部分内容阅读
纳米材料是指至少有一维的尺寸在1到100纳米间的材料,具有奇特和新颖的特性以及广泛的应用,许多情况下可能比其块体材料更有价值,所以在过去的20年间引起了广泛的注意。最早发现的一维的碳纳米管具有类似蜂窝状的结构,引起了大量的理论与实验研究。层状氮化硼与石墨结构类似,就像石墨中的碳原子被交替的B和N原子替换。因此,二维的层状氮化硼纳米材料也逐渐成为研究热点。本论文用化学气相沉积法和固相法制备了一维和二维的氮化硼材料及维B-C-N纳米管,利用扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、阴极荧光以及场发射测试等分析测试手段,对所制备的产物进行了表征测试和性能分析。第一,利用BC13-NH3-H2气体反应体系,通过化学气相沉积法,在无外加电场等辅助条件下,1000℃反应,在硅片表面合成了垂直于衬底排列的氮化硼纳米薄片(BNNSs)。BNNSs的厚度小于10nm,并且具有与石墨类似的层状结构,产物属于六方相。CL测试发现BNNSs具有很好的深紫外发射特性;场发射测试表明,BNNSs的开启电压约为6.5V/um,低于氮化硼薄膜的开启电压。通过一系列对比试验,提出了垂直的BNNSs的可能的生长机理。第二,使用硅片叠加法成功制备出大量硅纳米线,并以这些硅纳米线为模板,用化学气相沉积法在其表面沉积上氮化硼结构。在硅纳米线表面所合成的产物为粗糙的小片状结构。XPS和FTIR测试表明表面的片状结构为氮化硼,属于六方相。结合反应条件和测试分析结果推测硅纳米线及其表面的片状氮化硼的生长机制。第三,使用三聚氰胺和硼酸为原料,以硝酸镍为催化剂固相法合成出一维BCN纳米管。此方法避免了含硼有毒气体的使用。XRD测试表明产物中含有Ni催化剂,B-C-N材料是六方相的。纳米管直径分布在30到90nm,长度达到微米级,管壁非常薄,并且纳米管是竹节状的,但在节点处没有催化剂颗粒。EDS分析也进一步证明产物主要由B、C、N三种元素组成,O和Ni含量比较少。通过Raman光谱和FTIR谱图,进一步分析产物的结构,可以证明纳米管是含有B、C、N元素的六方相结构。最后,阐述了纳米管的生长过程。本论文在一维及二维氮化硼纳米材料和B-C-N三元纳米管的制备、表征和性能测试方面做了一些探索研究,获得了一些有价值的结果,为以后的深入研究打下了基础。