氮化硼納米,氮化硼納米粒子制備

納米氮化硼粒子可用于固體潤滑劑、熱導(dǎo)性良好的電子封裝材料、高效的催化劑載體材料等。制備氮化硼納米粒子的方法較多,采用的硼源原料也有多種，但以硼酸酯等作為硼源,以氨氣、氮?dú)庾鳛榈?采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備六方氮化硼(h-BN)納米球體,是最可能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模的合成路徑。

氮化硼納米粒子生長機(jī)理CVD反應(yīng)溫度對(duì)氮化硼納米球體的形貌、粒徑、元素含量有強(qiáng)烈的影響。溫度較低時(shí),產(chǎn)物粒徑較小,粒徑分布較集中,孿晶很少,但是反應(yīng)程度較低,產(chǎn)物中含有較多的雜元素,存在B—O等基團(tuán),致使后續(xù)高溫氨化除雜過程中,納米球體表面彼此間易粘結(jié)鍵合;隨著CVD反應(yīng)溫度的升高,在管式反應(yīng)器中流動(dòng)的中間產(chǎn)物在凝聚結(jié)核的同時(shí),運(yùn)動(dòng)碰撞的幾率加大,易形成大顆粒,所以過高過低的CVD反應(yīng)溫度都難以獲得形態(tài)規(guī)整、粒徑小的產(chǎn)品,通過比較試驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)當(dāng)CVD反應(yīng)溫度為950℃時(shí),所得氮化硼納米球體的形貌、粒徑及產(chǎn)量均最優(yōu),而且氧、碳等雜元素的含量已降低較多,球體間因碰撞而粘結(jié)成孿晶的幾率大為下降。系統(tǒng)的負(fù)壓設(shè)計(jì)也是一個(gè)重要因素,通過形成外部吸力,驅(qū)使管式反應(yīng)器中的粒子盡量沿一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),減少了粒子間碰撞、凝并形成大顆粒的幾率。

當(dāng)CVD反應(yīng)溫度為950℃時(shí),所得產(chǎn)物為規(guī)整的、表面光滑的球形形貌,其粒徑最小,約為60 nm左右,粒徑分布窄,高溫氨化處理后的最終產(chǎn)物沒有孿晶和團(tuán)聚體,通過HRTEM檢測,發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部構(gòu)造是由類似富勒烯結(jié)構(gòu)的球面狀晶面疊加而成,層間距約為0.35 nm。CVD反應(yīng)溫度低于或高于950℃,所得最終產(chǎn)物均有孿晶或團(tuán)聚體出現(xiàn),粒徑分布較寬。

隨著CVD反應(yīng)溫度的提高,產(chǎn)物中硼氮元素的摩爾比接近1∶1,碳、氧等雜元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降,但氧元素含量保持較高的水平,不低于5%,說明即使在高溫下氮化硼納米材料中的硼氧化合物穩(wěn)定性較高。c.無論CVD反應(yīng)溫度高低,產(chǎn)物中的主要成分是h-BN,其含量隨溫度升高而增加,同時(shí)隨著溫度進(jìn)一步升高,碳氧等雜原子的除去,原來內(nèi)部構(gòu)造的球形晶面趨向于變得平整,其形貌變?yōu)楸馄侥酥疗瑺?。所以CVD反應(yīng)溫度對(duì)氮化硼納米球體制備的影響。