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微纳结构氮化硼

发布日期:2018-07-28 作者: 点击:

  关于多种微纳结构氮化硼材料的低成本及大规模合成方法研究,已经获得了面向不同领域所需的具有不同结构和功能的微纳氮化硼材料,系统地讨论了这些材料的力学、电学、光学等性质,为其在纳米电子学、复合增韧、能源等领域内的应用奠定理论和试验基础。

(1)   球形BN纳米颗粒的绿色、大规模合成及商用化设备中试开发

以硼酸三甲酯为原料,通过CVD方法和精确地合成工艺控制来制备球形BN纳米颗粒,实现了直径为30~50 nm的BN纳米球的大规模合成,这种CVD方法不仅工艺简单,而且副产物为可以收集的有机醇和醚,对环境没有污染。目前,本中心已经实现了球形BN纳米颗粒的中试生产,可以日产BN纳米球5 kg以上,为工业化应用奠定了基础。相关产品的产业化推广已经与企业达成了初步协议。以这种球形BN为前驱体,在不添加催化剂的条件下,通过高温高压反应制备了具有纳米孪晶结构的立方结构BN,该种材料的硬度不仅远远超过常见的商业微米级立方BN,而且还超过理想的金刚石的硬度,同时还表现出极好的断裂韧性和抗高温氧化能力,这一研究工作无疑为未来在刀具和钻头的应用开辟了广阔前景。                                                        

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 (2)   BN纳米管的可控合成及性能研究

发明了“可移催化剂在位CVD 反应方法”,实现了氮化硼纳米管的大规模、低成本制备。按照这个方法建立的实验室生长设备,能够达到日产10 g 纯度大于95 %的BN 纳米管。同时还在国际上首次获得了具有全缺陷结构的BN 纳米管(现在已被通称为崩溃的BN 纳米管)。近年我们也以Li2O 为催化剂合成了管径小于10 nm 的超细BN 纳米管;采用Li2CO3为催化剂合成了管壁厚度约50 nm的BN微米管,并通过在原料中引入碳源合成了C掺杂的BN微米管,掺杂后的BCN管场发射性能相对纯的BN微米管有了很大提高。

深入研究了BN 微/纳结构的电子输运、氢储存、热传导、场发射、光学和力学等性能。采用化学气相沉积方法,首次合成了F均匀掺杂的BN 纳米管,这种F掺杂BN 纳米管的电导率可以通过掺杂量调节,低于5%的F掺杂就能够使BN纳米管的电导提高3个数量级以上。我们也发现,具有全缺陷结构的崩溃状BN纳米管在10MPa和室温下的氢的吸附值为4.2 wt%。其它的关于 BN 纳米材料的力学、热学、场发射、光催化、功能化和复合材料领域的工作也有系统的研究。

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采用“可移催化剂原位CVD方法”,实现了BNNT的大规模制备


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