一种海胆状氮化硼纳米片‑纳米管分级结构及其制备方法与流程

文档序号：11243879阅读：2396来源：国知局

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构及其制备方法。

背景技术：

近年来，纳米材料的研究已从零维、一维、二维等结构的纳米材料，向多维、分级纳米结构的方向发展。分级纳米结构的基本构造单元主要包括纳米颗粒、纳米管、纳米棒、纳米纤维和纳米片，此类材料的出现也使人们对纳米材料中的物理效应和界面效应有了进一步的认识。如：分级纳米结构常常表现出与常规低维材料不同的力学、电学、热学、光学和磁学方面的性质，这为功能材料的创制和纳米器件的构筑提供了崭新的策略，因此引起了物理学、化学、材料学及其交叉学科领域科学家的广泛关注。

氮化硼是一种典型的iii-v族化合物，六方氮化硼(h-bn)是其主要的一种晶型，与石墨的结构类似，属于六方晶系；b、n原子以sp²杂化方式成键，层内原子间以共价键方式结合，层与层之间以范德华力结合。其纳米结构主要有纳米管和纳米片两大类。氮化硼纳米管(boronnitridenanotubes,bnnts)因其独特的电子结构和优异的力学性能、热学性能和化学惰性，被广泛应用于纳米电子器件、储能材料、陶瓷基或聚合物基复合材料领域。氮化硼纳米片(boronnitridenanosheets,bnnss)除了应用于功能材料领域外，还因其与石墨烯相似的晶格参数、原子级别光滑表面、大的光学声子模式和大的电学带隙宽度等优点，使其能在原子尺度与石墨烯进行复合，应用于高性能石墨烯电子器件领域。若能通过物理或者化学方式，使氮化硼纳米片和纳米管进行有效复合，并控制两者的界面特性，形成氮化硼纳米片-纳米管分级结构，可以充分发挥纳米片和纳米管各自的优势及其协同作用，提高材料的性能并拓宽氮化硼纳米材料在功能性复合材料领域的应用。而且，暂时未见海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的专利和文献报道。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的不足，目的在于提供一种工艺简单、重复性好、无需任何模板，结晶性好、形貌均一、结构稳定、抗氧化性好的海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备类核-壳结构的b@ni(hco3)2前驱体：在去离子水中依次加入表面活性剂、无定形硼粉和镍盐，磁力搅拌、超声，然后向溶液中加入铵盐，置于恒温水浴条件下磁力搅拌一段时间、过滤，过滤物经过水洗、真空干燥后，得到类核-壳结构的b@ni(hco3)2前驱体；

(2)海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的制备与提纯：将步骤(1)所得b@ni(hco3)2前驱体置于真空管式炉中，在氨气气氛下升温至一定温度进行热处理反应，随后自然冷却至室温，得到固体粗产物；所得粗产物经后处理后得到纯净的海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构。

上述方案中，步骤(1)所述无定形硼粉、镍盐和铵盐的物质的量之比为1：0.1～0.5：2～5；所述表面活性剂的浓度为0.5～5mg/ml。

上述方案中，步骤(1)所述镍盐为硝酸镍、硫酸镍、或氯化镍。

上述方案中，步骤(1)所述铵盐为碳酸铵或碳酸氢铵。

上述方案中，步骤(1)所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮k30。

上述方案中，步骤(1)所述恒温水浴的温度为60～90℃；搅拌时间为1～12h。

上述方案中，步骤(1)所述真空干燥的温度为60℃，时间为12h。

上述方案中，步骤(2)所述热处理反应为：在气体流速为50～200ml/min的氨气气氛中，以10～20℃/min的升温速率从室温升温到1100～1200℃，保温1～4h；然后以2～10℃/min的升温速率继续升温到1300～1500℃，保温1～4h。

上述方案中，步骤(2)所述后处理为：将固体粉末在2mol/l的稀盐酸溶液中搅拌3～5h，再用去离子水和无水乙醇分别洗涤产物3～5次，最后将得到的白色固体粉末置于真空干燥箱内于60℃条件干燥12h。

上述制备方法制备所得具有纳米片-纳米管分级结构的海胆状氮化硼。

本发明的有益效果：(1)本发明以无定形硼粉为中心、镍盐和铵盐形成的絮状物包覆在无定形硼粉的表面，制备得到类核-壳结构的b@ni(hco3)2前驱体，制备过程中通过加入表面活性剂可以有效防止镍盐和铵盐形成的絮状物在硼粉表面发生团聚，有利于絮状物均匀、稳定地包覆在无定形b粉表面，形成类核-壳结构的b@ni(hco3)2前驱体；(2)本发明制备的海胆状氮化硼纳米分级结构由纳米片与纳米管组装而成，结晶性好、形貌均一、结构稳定、抗氧化性好；并且具有工艺简单、重复性好、无需任何模板等优点，在功能性复合材料领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的类核-壳结构的b@ni(hco3)2前驱体的x射线衍射(xrd)图谱。

图2为本发明实施例1所制备的类核-壳结构的b@ni(hco3)2前驱体的场发射扫描电子显微镜(fesem)图片。

图3为本发明实施例1所制备的海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的x射线衍射(xrd)图谱。

图4为本发明实施例1所制备的海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的拉曼(raman)光谱。

图5为本发明实施例1所制备的海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的红外(ftir)光谱。

图6为本发明实施例1所制备的海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的场发射扫描电子显微镜(fesem)图片。

图7为本发明实施例1所制备的海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的场发射扫描电子显微镜(fesem)图片。

图8为本发明实施例1所制备的海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的透射电子显微镜(tem)图片。

图9为本发明实施例1所制备的海胆状氮化硼纳米片-纳米管分级结构的热重(tg)曲线。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1