CN110386593A - 非晶前驱体诱导合成球状氮化硼（bn）纳米粉体的方法 - Google Patents

非晶前驱体诱导合成球状氮化硼（bn）纳米粉体的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110386593A
CN110386593A CN201910597510.4A CN201910597510A CN110386593A CN 110386593 A CN110386593 A CN 110386593A CN 201910597510 A CN201910597510 A CN 201910597510A CN 110386593 A CN110386593 A CN 110386593A
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
raw material
nano
spherical
precursor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910597510.4A
Other languages
English (en)
Inventor
门佳瑶
陈俊红
李斌
李广奇
李经纬
沈周洲
张志教
侯新梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201910597510.4A priority Critical patent/CN110386593A/zh
Publication of CN110386593A publication Critical patent/CN110386593A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C01P2004/24—Nanoplates, i.e. plate-like particles with a thickness from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32—Spheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/60—Particles characterised by their size
    • C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

一种非晶前驱体诱导合成球状氮化硼(BN)纳米粉体的方法，属于无机非金属材料领域。制备方法包括原料混合、前驱体制备、高温热解、杂质处理四个步骤。将含B的原料和含N的原料进行混合，加入乙醇溶液中加热搅拌至水分完全蒸发；再将混合原料经马弗炉200～550℃保温120‑360分钟，研磨得到粒度小于200目的前驱体粉末后高温热解；在氮气气氛下，将前驱体粉末升温至800～1450℃，并保温120～360分钟，随炉冷却得到白色粉末后在无水乙醇溶液中洗涤，并离心处理除去杂质，烘干得到球状BN纳米粉体。本发明制备出的球状BN纳米原料具有形貌均一、纯度高、尺寸可控等结构优点；具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、出色的导热性能、绝缘性能等性能优势；且制备工艺简单、成本低、成品率高，可用于工业化生产。

Description

非晶前驱体诱导合成球状氮化硼(BN)纳米粉体的方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料科学，纳米结构材料领域，涉及一种高产的球状BN纳米粉体的制备方法。
技术背景
六方氮化硼(h-BN)由于其优异的物理和化学性能，包括低密度，低摩擦系数，优异的耐腐蚀性，高导热性，化学耐久性和抗氧化性等，引起了人们的广泛关注。因此，它在冶金，环境，航空航天，医疗保健等领域具有重要应用。然而，烧结性能差极大地限制了h-BN的应用。目前，大部分用于制备BN陶瓷的粉体原料均呈现片状晶体的微观形貌。由于片状结构的各向异性使得陶瓷制品易产生孔隙，难以致密，即使在高温(>2000℃)烧结和压力辅助的条件下仍然难以获得致密的陶瓷制品。因此，我们提出制备球状BN晶体作为BN陶瓷粉体原料的新思路，球状BN粉体可以增加陶瓷坯体的堆积密度，改善BN陶瓷的烧结致密性；同时将粉体粒径限制在纳米级，增加原料的活性，缓解BN陶瓷制品难以烧结的问题。
目前，工业上制备BN的方法主要有碳热还原氮化法、硼砂–尿素(氯化铵)法、化学气相沉积法(CVD)等，而这些方法制备的BN晶体均呈现片状形貌，主要是由于BN晶体具有易于沿(00l)晶面优先生长的特性。因此，制备球状BN晶体最困难之处在于抑制BN的优先生长的特性，进而控制其生长方向。然而，以往的制备思路并没有进行相关设计，而是在二维平面方向上留给BN晶体足够的生长空间，使得BN晶体更易于生长成片状结构。理论上，如果能控制BN生长点的位置，就可以进一步控制其生长方向。因此，我们提出的研究思路为：通过在原子尺度上抑制B、N原子成键，抑制BN在(00l)晶面的优先生长，从而控制其向片状生长的趋势，进而诱导BN向球状形貌发育。
发明内容
考虑到氧化硼在较低温度(≤1200℃)下呈现出具有粘性的熔融态。本发明提出一种新颖的非晶前驱体诱导法，即在较低温度下，将N原子引入B-O结构中，利用粘性非晶液相的包覆作用来限制BN的择优生长，诱导BN晶体向球状形态发育。
通过本发明可以实现以下目标：(1)实现高纯球状BN纳米粉体的批量化生产；(2)实现BN纳米粉体形貌尺寸的可控化生产；(3)整个制备过程方法简单、成本低廉，适用于工业化生产。
本发明的技术方案是通过调节原料比例和反应温度、时间等参数，得到具有非晶结构的前驱体。并利用该非晶前驱体高温热解制备球状BN纳米粉体。主要包括原料混合、前驱体制备、高温热解和杂质处理，具体步骤如下：
(1)原料混合：各原料按摩尔比B和N摩尔比从1:2到1:20混合，加入乙醇的水溶液中，于80～120℃搅拌均匀，并一直搅拌至水分完全蒸发。
(2)前驱体制备：将混合后的原料放入马弗炉中加热至200～550℃保温120-360分钟后自然冷却至常温，所得产物用研钵研碎，得到BxCyNzOkHl前驱体粉末。
(3)高温热解：将得到的前驱体粉末移至氧化铝坩埚，然后放入立式管式炉中，通入氮气，然后将炉子升温至800～1450℃保温120～360分钟，之后反应产物随炉自然冷却至室温。
(4)杂质处理：反应产物取出后在无水乙醇溶液中浸泡，并离心3～5次以去除残余的反应物。
本发明采用的非晶前驱体诱导法是一种操作简单、成本低廉、绿色环保，且易于批量生产的制备方法。在该理论的基础上，我们通过控制原料及比例、反应时间、反应温度等工艺参数来控制BxCyNzOkHl前驱体的组成和结构，进一步控制前驱体热解时的反应温度、反应时间、反应气氛等工艺参数，就可以实现对产品纯度、形貌、尺寸等的控制，实现球状氮化硼纳米粉体的工业化生产。
本发明的有益效果是：(1)可以在保证BN纯度的基础上，通过控制多个影响参数，制备出形貌尺寸可控的球状BN纳米粉体(直径为10～200nm，厚度为20～50nm)，从而实现对材料光致发光、导热、陶瓷制品致密度等性能的调控；(2)本发明采用的原料成本低廉、制备方法简单、设备要求低、产量大，适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明的制备方法工艺流程图；
图2为本发明实施例制备得到的前驱体及BN产物的XRD图；
图3为本发明实施例制备得到的不同形貌和尺寸的球状BN纳米材料的SEM图，分别为粒径10nm的球状BN、20nm的球状BN、50nm的椭球状BN、50-200nm的扁盘状BN、多孔状BN纳米材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
以硼酸和尿素摩尔比1:1为原料，在乙醇的水溶液(30vol％)中90℃搅拌至水分完全蒸发。将所述混合原料在空气气氛下经马弗炉200℃保温240分钟得到非晶的BxCyNzOkHl前驱体，将前驱体研磨至小于200目，在氮气气氛下升温至1100℃保温240分钟烧结合成BN材料。其形貌为均匀分散的纳米球状，平均粒径约为20nm。
实施例2
以氧化硼和尿素摩尔比1:2为原料，在乙醇的水溶液(30vol％)中90℃搅拌至水分完全蒸发。将所述混合原料在空气气氛下经马弗炉200℃保温240分钟后得到BxCyNzOkHl前驱体，将前驱体研磨至小于200目，在氮气气氛下升温至1100℃保温240分钟烧结合成BN材料。其形貌为均匀分散的纳米球状，平均粒径约为20nm。
实施例3
以硼酸和双缩脲摩尔比1:5为原料，在乙醇的水溶液(30vol％)中90℃搅拌至水分完全蒸发。将所述混合原料在空气气氛下经马弗炉200℃保温240分钟后得到BxCyNzOkHl前驱体，将前驱体研磨至小于200目，在氮气气氛下升温至1100℃保温240分钟烧结合成BN材料。其形貌为多孔片状的BN纳米材料。
实施例4
以氧化硼和三聚氰胺摩尔比1:1为原料，在乙醇的水溶液(30vol％)中90℃搅拌至水分完全蒸发。将所述混合原料在空气气氛下经马弗炉400℃保温4h后得到BxCyNzOkHl前驱体，将前驱体研磨至小于200目，在氮气气氛下升温至1000℃保温120分钟烧结合成BN材料。其形貌为均匀的纳米球状，平均粒径约为20nm。
实施例5
以硼酸和尿素摩尔比2:3为原料，在乙醇的水溶液(30vol％)中90℃搅拌至水分完全蒸发。将所述混合原料在空气气氛下经马弗炉200℃保温2h后得到非晶的BxCyNzOkHl前驱体，将前驱体研磨至小于200目，在氮气气氛下升温至1000℃保温240分钟烧结合成BN材料。其形貌为纳米球状，平均粒径约为10nm。
实施例6
以硼酸和尿素摩尔比1:2为原料，在乙醇的水溶液(30vol％)中90℃搅拌至水分完全蒸发。将所述混合原料在空气气氛下经马弗炉200℃保温4h后得到BxCyNzOkHl前驱体，将前驱体研磨至小于200目，在氮气气氛下升温至1250℃保温240分钟烧结合成BN纳米材料。其形貌为均匀分布的椭球状，平均粒径约为50nm。
实施例7
以硼酸和三聚氰酸摩尔比2:1为原料，在乙醇的水溶液(30vol％)中90℃搅拌至水分完全蒸发。将所述混合原料在空气气氛下经马弗炉400℃保温4h后得到BxCyNzOkHl前驱体，将前驱体研磨至小于200目，在氮气气氛下升温至1450℃保温240分钟烧结合成BN纳米材料。其形貌为类似盘状的扁球状，平均粒径为50～200nm，厚度30～60nm。

Claims (6)

1.一种非晶前驱体诱导合成球状氮化硼(BN)纳米粉体的方法，其特征在于具体合成步骤如下：
(1)原料混合：将B和N原料加入乙醇的水溶液中，于80～120℃搅拌均匀，并一直搅拌至水分完全蒸发；
(2)前驱体制备：将混合后的原料放入马弗炉中加热、保温、后自然冷却至常温，所得产物用研钵研碎，得到BxCyNzOkHl前驱体粉末；
(3)高温热解：将得到的前驱体粉末移至氧化铝坩埚，然后放入立式管式炉中，通入氮气，然后将炉子升温、保温之后反应产物随炉自然冷却至室温；
(4)杂质处理：反应产物取出后在无水乙醇溶液中浸泡，并离心3～5次以去除残余的反应物。
2.根据权利要求1所述的非晶前驱体诱导合成球状氮化硼(BN)纳米粉体的方法，其特征在于步骤(1)所述的混料方式为湿法混料，B原料和N原料的摩尔比为1:2～1:20。
3.根据权利要求1所述的非晶前驱体诱导合成球状氮化硼(BN)纳米粉体的方法，其特征在于马弗炉中加热温度为200～550℃，保温时间120-360分钟；所述的前驱体为非晶结构，研磨后粒度小于200目。
4.根据权利要求1所述的非晶前驱体诱导合成球状氮化硼(BN)纳米粉体的方法，其特征在于步骤(3)所述热解温度为800～1450℃，保温时间120～360分钟，热解后反应产物为粉体，以球状纳米BN为主，直径为3nm～200nm。
5.根据权利1-4所述的球状BN纳米粉体的制备方法，其特征在于所述的含B原料是硼酸、氧化硼中的一种或几种。
6.根据权利1-4所述的球状BN纳米粉体的制备方法，其特征在于所述的含N原料是尿素、双缩脲、三聚氰酸或三聚氰胺中的一种或几种。
CN201910597510.4A 2019-07-04 2019-07-04 非晶前驱体诱导合成球状氮化硼（bn）纳米粉体的方法 Pending CN110386593A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910597510.4A CN110386593A (zh) 2019-07-04 2019-07-04 非晶前驱体诱导合成球状氮化硼（bn）纳米粉体的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910597510.4A CN110386593A (zh) 2019-07-04 2019-07-04 非晶前驱体诱导合成球状氮化硼（bn）纳米粉体的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110386593A true CN110386593A (zh) 2019-10-29

Family

ID=68286081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910597510.4A Pending CN110386593A (zh) 2019-07-04 2019-07-04 非晶前驱体诱导合成球状氮化硼（bn）纳米粉体的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110386593A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111377418A (zh) * 2020-03-23 2020-07-07 河北工业大学 一种多孔六方氮化硼的合成方法
CN111777047A (zh) * 2020-07-13 2020-10-16 丹东市化工研究所有限责任公司 一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法
CN113753866A (zh) * 2021-08-03 2021-12-07 湖南大学 一种六方氮化硼纳米晶及其固相制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1194960A (zh) * 1997-01-20 1998-10-07 山本修 乱层结构氮化硼粉末及其制造方法
CN1227531A (zh) * 1996-08-06 1999-09-01 大塚化学株式会社 氮化硼及其制造方法
US20020155052A1 (en) * 2001-04-24 2002-10-24 Paine Robert T. Organoboron route and process for preparation of boron nitride
CN101244812A (zh) * 2008-02-26 2008-08-20 武汉理工大学 一种飞碟形纳米六方氮化硼粉末的制备方法
JP2010180066A (ja) * 2009-02-03 2010-08-19 National Institute For Materials Science 窒化ホウ素球状ナノ粒子とその製造方法
CN102482087A (zh) * 2009-08-20 2012-05-30 株式会社钟化 球状化氮化硼的制造法
CN102976292A (zh) * 2012-12-20 2013-03-20 沈阳大学 一种高结晶度球状六方氮化硼粉体的催化制备方法
CN103922296A (zh) * 2014-04-30 2014-07-16 辽宁大学 一种球形氮化硼及其应用
US9045623B2 (en) * 2011-10-11 2015-06-02 Ph Matter, Llc Method for producing BN-based nanoparticles and products therefrom
US20150232336A1 (en) * 2011-10-11 2015-08-20 Ph Matter, Llc Method for producing bn-based nanoparticles and products therefrom
CN109019535A (zh) * 2018-10-17 2018-12-18 河北工业大学 一种应用于cs2吸附的氮化硼的制备方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1227531A (zh) * 1996-08-06 1999-09-01 大塚化学株式会社 氮化硼及其制造方法
CN1194960A (zh) * 1997-01-20 1998-10-07 山本修 乱层结构氮化硼粉末及其制造方法
US20020155052A1 (en) * 2001-04-24 2002-10-24 Paine Robert T. Organoboron route and process for preparation of boron nitride
CN101244812A (zh) * 2008-02-26 2008-08-20 武汉理工大学 一种飞碟形纳米六方氮化硼粉末的制备方法
JP2010180066A (ja) * 2009-02-03 2010-08-19 National Institute For Materials Science 窒化ホウ素球状ナノ粒子とその製造方法
CN102482087A (zh) * 2009-08-20 2012-05-30 株式会社钟化 球状化氮化硼的制造法
US9045623B2 (en) * 2011-10-11 2015-06-02 Ph Matter, Llc Method for producing BN-based nanoparticles and products therefrom
US20150232336A1 (en) * 2011-10-11 2015-08-20 Ph Matter, Llc Method for producing bn-based nanoparticles and products therefrom
CN102976292A (zh) * 2012-12-20 2013-03-20 沈阳大学 一种高结晶度球状六方氮化硼粉体的催化制备方法
CN103922296A (zh) * 2014-04-30 2014-07-16 辽宁大学 一种球形氮化硼及其应用
CN109019535A (zh) * 2018-10-17 2018-12-18 河北工业大学 一种应用于cs2吸附的氮化硼的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIANG-FEN JIANG ET AL.: "Recent Progress on Fabrications and Applications of Boron Nitride Nanomaterials: A Review", 《JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE & TECHNOLOGY》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111377418A (zh) * 2020-03-23 2020-07-07 河北工业大学 一种多孔六方氮化硼的合成方法
CN111777047A (zh) * 2020-07-13 2020-10-16 丹东市化工研究所有限责任公司 一种纳米-亚微米类球形氮化硼的制备方法
CN113753866A (zh) * 2021-08-03 2021-12-07 湖南大学 一种六方氮化硼纳米晶及其固相制备方法
CN113753866B (zh) * 2021-08-03 2023-02-07 湖南大学 一种六方氮化硼纳米晶及其固相制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110386593A (zh) 非晶前驱体诱导合成球状氮化硼（bn）纳米粉体的方法
CN101798223B (zh) 一种致密碳化硅陶瓷的制备方法
CN104058372A (zh) 一种六方氮化硼纳米片的制备方法
CN109437203A (zh) 一种高纯一维SiC纳米材料的制备方法
Tan et al. Preparation of continuous alumina gel fibres by aqueous sol–gel process
CN102350508B (zh) 一种掺杂钨基复合粉体的制备方法
Liu et al. Formation mechanisms of Si3N4 microstructures during silicon powder nitridation
CN115058885A (zh) 一种碳纤维布表面定向SiC纳米线阵列及制备方法
WO2022267103A1 (zh) 晶种诱导微波合成的sic晶体及其制备方法
CN105523528A (zh) 使用共融盐高温剥离氮化硼粉末制备氮化硼纳米片的方法
CN106588018A (zh) 一种超高温碳化铪陶瓷纳米粉体的制备方法
CN108394915A (zh) 一种超薄氮化硼纳米片的制备方法
CN100560487C (zh) 一种低温制备立方碳化硅纳米线的方法
CN113149014B (zh) 采用有机碳源制备碳化硼粉体的方法
US20240026161A1 (en) Cubic boron nitride powder and manufacturing method therefor
CN102874809A (zh) 一种碳化硅复合粉体及其制备工艺
Dou et al. Structure control and growth mechanism of beaded SiC nanowires with microwave absorption properties
CN100480438C (zh) 单晶ain纳米链
Hou et al. Single crystalline β-SiAlON nanowhiskers: preparation and enhanced properties at high temperature
CN112794330A (zh) 一种碳化硼纳米线的制备方法
CN102320659B (zh) 一种采用微波辐射法合成钒酸镧纳米材料的方法
CN114455949B (zh) 一种三维氮化铝骨架增强高取向片状石墨复合材料及其制备方法
US20050218566A1 (en) Oriented silicon carbide sintered compact and method for preparation thereof
CN111747386A (zh) 一种形貌可控的氮化硼纳米结构-石墨烯复合材料及其制备方法
CN114477185B (zh) 一种具有片层结构β-SiC及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191029

RJ01 Rejection of invention patent application after publication