氮化硼纳米管的制备与表面修饰研究

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氮化硼纳米管(BNNTs)在很多方面(例如:电学性质、力学性质、磁学性质)表现出了优良的性能。由于BNNTs独特的特性,其有着潜在的应用前景,近年来,学者们对BNNTs的研究也成为了一个热点。本文先就BNNTs的结构、性质、制备方法(包括:机械球磨退火法、含硼前驱体CVD法、激光烧蚀法、电弧放电法和模板法)、表面修饰方法和应用等方面进行了文献综述。本文首先采用自蔓延法(SHS)合成大批量Fe颗粒充填BNNTs,再采用SHS退火法合成了大批量的竹节状BNNTs,最后初步探究了BNNTs表面修饰的方法,为BNNTs的进一步功能化提供理论和技术支持。主要结果如下:  1、以FeB1.3、NH4Cl、Mg和Fe2O3作为原料,引用了很简便的球磨加自蔓延的方法制备了大批量的Fe颗粒充填BNNTs。测试结果表明:所得BNNTs在有外加磁场的条件下,表现出铁磁性。产物的外径大约在20~150nm之间,壁厚大约为20nm长度超过5μm。BNNTs产率高达133.94%,其中Fe的含量大约为38.4wt%。并提出了,Fe颗粒充填BNNTs可能的化学反应机制。  2、首先通过SHS法,在自蔓延反应炉内,以CaB6和Fe2O3为原料,氩气作为保护气体,生成多孔前驱体。在正常压力和氨气气氛下,对前驱体进行退火,制备出了大量的竹节状多壁氮化硼纳米管(MW-BNNTs)。测试结果表明:所得BNNTs为竹节状,结晶程度很高,平均长度大约为10μm,外径大约为60nm,内径大约为20nm,纳米管的含量接近80wt%。基于实验结果,本论文提出了四种催化剂气液固(VLS)生长机理,同时,也提出了化学反应机理和退火机理。  3、探索了一种化学法表面氨基官能团修饰BNNTs的新方法,使得BNNTs的表面产生可进一步修饰的官能团,为BNNTs的进一步功能化提供理论和技术支持。通过HF处理BNNTs,使得-NH/NH2和含F官能团被成功接枝在BNNTs表面上,BNNTs形貌没有受到破坏。另外提出的酸刻蚀的反应机制能够很好解释BNNTs经酸刻蚀表面接枝上-NH/NH2和F官能团的反应过程。
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