课程演讲-氮化硼纳米管的研究现状及展望

1、氮化硼纳米管的研究现状及展望学 生：粟泽龙专 业：建材学 号：20140902059老 师：刘守平目录一二三四研究背景制备、分散及应用结构与性质展望 一、研究背景1 1Ishii等人发现了具有竹节状氮化硼(BN)的一维纳米结构，即BN晶须。1981年年2 2Rubio等采用紧束缚分子动力学在理论上证实了BNNTs的存在。1994年年3 3Chopra等在实验室里使用电弧放电法第一次制备出了BNNTs。1995年年 二、简介 BN是由第III主族和第V主族元素组成的二元化合物。BNNTs是由B和N原子以sp2杂化成键形成的管状结构，根据管壁层数可分为单壁和多壁两种结构。 单壁BNNTs分为扶手椅

2、型、锯齿型和手性型。多壁BNNTs是由多个同轴单壁纳米管构成。锯齿型BNNTs倾向于形成平顶状结构，扶手椅型BNNTs倾向于形成锥形的端帽结构，大多数手性管的端帽都是无定形态的。图图1 单层BN卷曲成BNNTs示意图 三、BNNTs的性质1、力学性能 2、热稳定性 3、热传导性 4、电学性能 5、光学性能 6、磁学性能 7、润湿性能 三、BNNTs的性质1、力学性能 BNNTs的杨氏模量为0.837-0.912 Tpa，略小于CNTs的杨氏模量（1.22-1.25 TPa）。 与CNTs相比，在不同的环境中，这两种纳米管各有优势：在常温状态下，CNTs的强度更高，在高温环境中，BNNTs反而更

3、稳定，强度更高一些。 三、BNNTs的性质2、热稳定性 BNNTs的热稳定性能比CNTs更为优异，在空气气氛中，BNNTs至少能在700 C以内保持稳定，而对于缺陷较少，结晶程度好的纳米管能达到900 C。图图2 BNNTs和CNTs在空气中的热重曲线 三、BNNTs的性质3、热传导性能 BNNTs也和CNTs一样，是一种传热性能极好的材料，理论研究证明，BNNTs的热导率甚至超过CNTs，达到6000 W/mK。4、电学性能 BNNTs的化学键中存在部分离子键的成分，BNNTs的禁带宽度为5.0-6.0 eV，且与管的形貌无关。理论计算预测BNNTs的介电常数为5.90，且与管的直径和手性无

4、关。因此，BNNTs通常状况下是一种绝缘材料。 三、BNNTs的性质5、光学性能 BNNTs的光吸收性能与纳米管中激子的影响有很大的联系，另外，BNNTs的手性和外部横向场对其发光和吸收谱也有一定的影响。BNNTs是一种有效的紫或紫外线发射材料。6、磁学性能 通过掺杂O、C、V、Cr、Ge、F、Be和H都可以导致BNNTs产生磁性，其中，大部分的磁矩源于掺杂的元素，而并非B和N原子。 三、BNNTs的性质7、润湿性 BNNTs的表面张力约为27 mNm-1，与CNTs的27.8 mNm-1几乎一致。 与BN薄膜相比，BNNTs薄膜表现出强烈的疏水性，BN薄膜的接触角约为44-52，而BNNTs

5、薄膜的接触角达到145-160。 四、BNNTs的制备电弧放电法激光烧蚀法激光加热法电弧熔融法等离子体法化学气相沉积法（CVD）模板法溶剂热法化学反应法1、物理物理法法2、化学化学法法3、退火退火法法 五、BNNTs的分散1、共价功能化2、键反应功能化3、纳米颗粒功能化 六、BNNTs的应用1、纳米复合材料2、储氢材料3、生物材料4、其它应用 六、BNNTs的应用1、纳米复合材料 BNNTs具有较高的弹性模量和拉伸强度，高的热导率和较好的抗氧化性能，使其在纳米填料领域具有极大优势。 通过复合BNNTs，可以增强基质的力学性能，提高其热导率和降低膨胀系数。图图3 (a) 纯Al2O3和添加BNN

6、Ts复合材料1450 C下应力-应变曲线; (b) 纯Si3N4和添加BNp和BNNTs复合材料1500 C下应力-应变曲线 六、BNNTs的应用2、储氢材料 BNNTs的热稳定性和化学稳定性均优于CNTs，而且BNNTs的性能几乎不依赖与直径和手性，使其更有希望成为新的储氢材料。图图4 SW BNNTs 和 SW CNTs 物理吸附储氢的 293K 吸附等温线 六、BNNTs的应用3、生物材料 BNNTs具有较好的生物相容性和较小的生物毒性，在生物材料领域有很大的应用前景。同时，BNNTs可以在某些CNTs表现出毒性的领域替代CNTs成为新型的纳米生物材料。4、其它应用 Huang等人基于生物素-荧光素修饰的BNNTs设计了一款亚微米尺度的pH传感器。 在BNNTs中插入碱金属和碱土金属离子，可以作为量子计算机的双量子位元细胞。 七、展望 在未来的发展中，氮化硼纳米管的大