氮化硼（BN）是一種不含金屬的半導(dǎo)體材料,其六方相氮化硼（h-BN）具有片層態(tài)晶體結(jié)構(gòu),屬常溫最穩(wěn)定相。相比于零帶隙石墨烯材料,六方氮化硼材料具有可諧調(diào)的寬帶隙能帶結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)超越碳材料的熱穩(wěn)定性,同時(shí)抗氧化、化學(xué)惰性等性能良好。其具備的高溫導(dǎo)熱活性、優(yōu)良的高壓介電性能、可透波吸收中子等獨(dú)特理化性質(zhì),使其常用作復(fù)合材料的填充劑,用以提升材料綜合性能。另外,多孔結(jié)構(gòu)的h-BN材料具有較高的比表面積,吸附活性突出,在催化劑載體、吸附催化、生物醫(yī)藥領(lǐng)域以及其它極端環(huán)境條件下具有廣泛的應(yīng)用前景。本文著重研究了六方相氮化硼、摻雜碳（C）的硼碳氮（BCN）材料、Fe改性的Fe/BN材料的合成及吸附和光催化性能。同時(shí)研究了添加氮化硼的氮化硼/聚丙烯腈（BN/PAN）雜化納米纖維的合成、熱性能及吸附性能。具體內(nèi)容和研究結(jié)果如下:（1）以無(wú)需提純的硼酸和三聚氰胺為硼氮源,改變?cè)夏柵浔?在較低溫度制備了超分子結(jié)構(gòu)的氮化硼前驅(qū)體（2H₃BO₃·C₆N₆H₆）,然后將其與不同比例的花生殼生物質(zhì)炭粉末... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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六方晶系h-BN，立方晶系c-BN和三方晶系o-BN的晶體結(jié)構(gòu)

中原工學(xué)院碩士學(xué)位論文4納米管一般在500℃左右的時(shí)候開(kāi)始劇烈的氧化，而氮化硼納米管大于900℃的時(shí)候還未開(kāi)始氧化。層與層間靠較弱的非共價(jià)鍵作用的范德華力結(jié)合起來(lái)。由于范德華力鍵能較小，使得h-BN層間間距大，易于滑動(dòng)，直觀的變現(xiàn)為滑膩感的白色蓬松粉末。但原子層間相互還是遠(yuǎn)比石墨層間力大。這是因?yàn)槭珜娱g以C-C鍵連接，而h-BN層間以B-N鍵相連，呈現(xiàn)部分離子化效應(yīng)，B-N原子之間的“電焊”作用力使得層間有強(qiáng)烈的lip-lip相互作用，同時(shí)具有二維結(jié)構(gòu)的范德華力。這使得研究h-BN剝離具有重要意義。圖1.2晶體結(jié)構(gòu)示意圖(a)h-BN，(b)石墨[37]層間和層內(nèi)的結(jié)構(gòu)迥異性，使得氮化硼是一種典型的各向異性材料。水平面方向共價(jià)鍵形成的結(jié)構(gòu)較致密，晶格振動(dòng)頻率高、傳導(dǎo)速率快；熱導(dǎo)率高(60W/(m.K)、熱膨脹系數(shù)低(10–4量級(jí))且抗張強(qiáng)度大(41MPa)。c軸方向上熱導(dǎo)率縮小幾十倍，介電損耗小(10–4量級(jí))以及抗壓強(qiáng)度優(yōu)異[38]。1.3不同形貌的六方氮化硼隨著人們對(duì)六方氮化硼的合成及性能研究日趨深入，制備出獨(dú)特形貌的氮化硼材料一直是科研工作者不懈的追求。材料的形貌、尺寸都對(duì)材料的性能產(chǎn)生較大影響。按尺寸分，有納米級(jí)的，也有亞微/微米級(jí)。按形貌分，微米級(jí)有常規(guī)的h-BN顆粒和無(wú)規(guī)則塊狀等，而納米級(jí)的結(jié)構(gòu)形貌繁多。主要有1)三維結(jié)構(gòu)的3D架構(gòu)[39]；2)二維結(jié)構(gòu)的納米薄膜[16-17、20、37]、納米盤(pán)、納米網(wǎng)、納米片[7、23、27、40]；3)一維結(jié)構(gòu)的納米管[5、18、19]、納米繩[41]、納米帶[42]、納米纖維[25、43]；4)零維結(jié)構(gòu)的納米晶[6]、納米球[44]；5)特種結(jié)構(gòu)有包覆金屬粒子的氮化硼納米籠[45]、洋蔥結(jié)構(gòu)[46]和崩塌型結(jié)構(gòu)[47]等。下面是近年來(lái)合成的各種形貌的氮化硼的電鏡圖片。

中原工學(xué)院碩士學(xué)位論文5圖1.3不同形態(tài)的氮化硼(a)超細(xì)的多孔氮化硼纖維[43]；(b)亞微米氮化硼球形顆粒[44]；(c)3D納米多孔氮化硼[39]；(d)氮化硼納米帶[42]；(e)氮化硼三角片[34]；(f)氮化硼崩塌結(jié)構(gòu)[47]；(g)超薄氮化硼納米片[40]；(h)微米級(jí)氮化硼大塊粉體[48]；(i)氮化硼納米片/納米管雜交結(jié)構(gòu)[49]1.4六方氮化硼材料的合成方法自從1995年等離子體電弧放電法首次合成BNNT[50]以來(lái)，氮化硼材料的合成研究引起了人們的極大興趣。近些年來(lái)，隨著對(duì)h-BN材料研究的不斷深入，各種新的制備方法相繼出現(xiàn)。下面對(duì)其中常用的合成方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。1.4.1高溫固相合成法高溫固相合成方法是指將混合均勻的物料置于高溫環(huán)境中使其發(fā)生反應(yīng)。類似的原料混勻的機(jī)械研磨法則容易在細(xì)化時(shí)發(fā)生微粒團(tuán)聚以及重結(jié)晶等化學(xué)反應(yīng)。該法起步早，是氮化硼納米粉體的常規(guī)的合成方法，主要用于工業(yè)化應(yīng)用。若合成陶瓷制品用h-BN，原料選硼砂較好，采用一次通氨法，在900~1100℃即可得到化學(xué)活性較大的h-BN，用于熱壓成型的高溫再處理。而用于合成c-BN，硼酸更合適，因?yàn)榭缮筛哂行蚨群徒Y(jié)晶度的h-BN；然后1300℃熱處理10h，1800℃時(shí)只需幾分鐘即可，但高溫硼含量要低。通入的氨氣中常含微量水分，氮?dú)夂┰S雜質(zhì)，均會(huì)降低產(chǎn)品的純度[51]。王運(yùn)峰等[52]以工業(yè)級(jí)硼砂和尿素為例，高溫反應(yīng)探索合成高質(zhì)量h-BN的最佳工藝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，原料配比中尿素要過(guò)量，大概摩爾比2:1，以防止硼砂珠和副產(chǎn)物消耗過(guò)多

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本文編號(hào)：3280470