CN102126710B - 一种聚合物裂解制备氮化硼纳米线的方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚合物裂解制备氮化硼纳米线的方法，包括按照现有技术合成聚烷胺基环硼氮烷先驱体：在惰性气氛保护下将先驱体研磨，过1000目筛；将先体粉末放于石墨舟中，在管式炉中，在高纯氮气下按照2~6℃/分升温至100~200℃，保温1~3h；再按照3~10℃/分的升温速率升温至500~700℃，保温1~3h；在氮气气氛下，按照3~10℃/min的升温速率，加热至1000~1600℃，保温0.5-5h后随炉自然冷却，得到氮化硼纳米线。本发明制备的纳米线直径约13~18nm且直径分布更均匀，且不要使用催化剂，制备温度低、节能，从而可降低成本；其工艺简单、操作方便，易于实现规模化，作为结构增强材料、半导体材料、透波材料等，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及氮化硼材料制备领域；具体的说是一种聚合物裂解制备氮化硼纳米线的方法。
背景技术
氮化硼陶瓷材料在冶金、机械、电子和航空航天等许多领域具有十分广泛的应用前景。纳米结构的BN，如纳米线、纳米管、纳米颗粒等，其大的比表面积、化学反应活性和特殊的光学性质等，更适合在高温、氧化及腐蚀性环境下的应用。目前制备BN纳米材料（纳米纤维、纳米管、纳米棒）经常采用的方法有模板法和静电纺丝法。如Beachelany等采用模板法（参见J. Phys. Chem. C, 111, 13378 (2007)）制备了直径约200nm的BN纳米管。Miele等采用聚合物先驱体结合静电纺丝法（参见Nano scale, 2, 215 (2010)）制备了BN纳米纤维，直径200~500nm。专利200810241202.X 公开了利用B2O3乙醇溶液浸渍纳米碳纤维制备BN纳米纤维的方法，其纳米纤维直径50-250nm，文献（参见J. Phys. Chem. C, 113, 11228 (2009)）采用静电纺B2O3和聚乙烯醇缩丁醛（PVB）制备了的BN纳米纤维直径80~350nm。文献（参见Macromol Res, 18, 551 (2010)）通过静电纺纳米BN/聚乙烯醇，制得的BN纳米纤维直径为200~500nm。然而，采用静电纺丝法制备的BN纳米纤维直径多在100nm左右，难以表现出纳米材料的量子尺寸效应。有关更小直径（<50nm）BN纳米线的研究国内外鲜见报道。同时，目前国际上利用聚合物先驱体直接裂解制备BN纳米线的研究还处于空白。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚合物裂解制备BN纳米线的方法。以实现制备的纳米线具有更小直径和且直径分布更均匀，且工艺简单、易于规模合成、成本低、节能的目的。
本发明通过将一种聚烷胺基环硼氮烷先驱体研磨过筛后，在一定的升温制度下裂解，控制合适的气体流量，无需催化剂，成功制备出直径约20nm的BN纳米线。升温制度和气体流量是使本发明产生突出的实质性效果的原因。
本发明包括以下步骤：
（1）按照现有技术合成具有以下结构式的聚烷胺基环硼氮烷先驱体，其分子式如下，软化点为70~120℃；
（2）在惰性气氛保护下将先驱体研磨，1000目过筛；
（3）将先驱体粉末放于石墨舟中，在管式炉中，在高纯氮气下按照2~6℃/分升温至100~200℃，保温1~3h，氮气流量为60ml/min；
（4）再按照3~10℃/分的升温速率升温至500~700℃，保温1~3h；
（5）在氮气气氛下，按照3~10℃/min的升温速率，加热至1000~1600℃，保温0.5-5h后随炉自然冷却，得到氮化硼纳米线。
所述（2）步中在惰性气氛保护下研磨是在Ar保护下的手套箱中研磨。
所述（5）步中氮气气氛下的氮气流量为50~200ml/min。
本发明的优点：本发明制备的纳米线直径约13~18nm且直径分布更均匀，且不要使用催化剂，制备温度低、节能，从而可降低成本；将先驱体研磨可以增大先驱体与裂解气氛的接触面积，按照一定的升温制度裂解，能够控制先驱体分解释放出小分子基团，控制适当的气体流量有助于有助于合成、收集直径均匀的纳米产物；本发明无需催化剂，工艺简单、操作方便，易于实现规模化生产，作为结构增强材料、半导体材料、透波材料等，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例1得到的BN纳米线的场发射扫描电镜照片；
图2为实施例1得到的BN纳米线的红外光谱图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。但不得将所述实例解释为对本发明保护范围的限制，与此等效的方法均在本发明的保护范围之内。
实施例1：
（1）按照现有技术合成具有以下结构式的聚烷胺基环硼氮烷先驱体：（合成参见Chinese Chem. Lett., 21, 1079 (2010），其软化点约为75℃，
（2）将聚烷胺基环硼氮烷先驱体在Ar气保护下的手套箱中研磨， 1000目过筛；将过筛后的先驱体粉末放于石墨舟中，在管式炉中，高纯氮气气氛下按照4℃/min的升温速率升温至150℃，氮气流量为60ml/min，保温1h；再按照5℃/min的升温速率加热至600℃，保温2h；再按照5℃/min的升温速率，控制氮气流量50ml/min，加热至1300℃，保温2h，得到BN纳米线。
其BN纳米线的SEM照片如图1和图2所示。其直径较均匀，约12~18nm。
实施例2：
（1）合成聚烷胺基环硼氮烷先驱体，（合成参见Chinese Chem. Lett., 21, 1079 (2010）），其软化点约为83℃；
（2）将聚烷胺基环硼氮烷先驱体在Ar气保护下的手套箱中研磨，1000目过筛；将过筛后的先驱体粉末放于石墨舟中，在管式炉中，高纯氮气气氛下按照4℃/min的升温速率升温至150℃，氮气流量为60ml/min，保温1h；再按照5℃/min的升温速率加热至700℃，保温1h；再按照10℃/min的升温速率，控制氮气流量70ml/min，加热至1600℃，保温2h，得到BN纳米线，直径12~18nm。
Claims (2)
1.一种聚合物裂解制备氮化硼纳米线的方法，其特征在于：其制备步骤如下：
（1）按照现有技术合成聚烷胺基环硼氮烷先驱体；
（2）将先驱体在惰性气氛保护下研磨，过1000目筛；
（3）将先驱体粉末放于石墨舟中，在管式炉中，在高纯氮气下按照2~6℃/分升温至100~200℃，保温1~3h，氮气流量为60ml/min；
（4）再按照3~10℃/分的升温速率升温至500~700℃，保温1~3h；
（5）在氮气流量为50~200ml/min的氮气气氛下，按照3~10℃/min的升温速率，加热至1000~1600℃，保温0.5-5h后随炉自然冷却，得到氮化硼纳米线。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物裂解制备氮化硼纳米线的方法，其特征在于，所述第2步中在惰性气氛保护下研磨是在Ar保护下的手套箱中研磨。
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