低维六方氮化硼制备及功能化应用的基础研究
发布时间：2021-04-05 06:05
近年来,低维材料,特别是以石墨烯为代表的二维层状材料,已成为研究者关注的焦点。随着维度的降低,低维材料会出现很多不同于块体材料的新奇的光、电和磁性能,从而拓展了它们在电子学、光电子学、能量转化和存储、热电子学等领域的应用。低维六方氮化硼（h-BN）以质轻、比表面积大、高导热性、优异的抗氧化性和化学惰性等特性,有望在高性能的纳米电子器件、复合材料、能量储存和转换等领域得到广泛应用,被认为是目前低维材料体系中最有前途的一种新型功能材料。本文通过设计和开发合适的反应路线实现对不同维度的低维h-BN材料的有效合成,将低维h-BN材料所具有的特殊维度效应赋予其独特的理化性能与其本征性能相结合,研究了其在光、电和吸附领域的应用。主要研究内容及结果如下:（1）采用一种改进的超声辅助溶剂热法以具有4～8层结构的h-BN纳米片为前驱体高效合成了氮化硼量子点（BNQDs）。通过调整前驱体的制备工艺可以实现对BNQDs尺寸和性能的调控,当合成温度为900℃时,获得的前驱体具有类似石墨烯的薄片状结构,更适合用于制备BNQDs,合成的BNQDs平均尺寸为4.6 nm。基于BNQDs显著的量子限域效应,研究了其光...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?ＢＮ的晶体结构??表２－１?ＢＮ的晶体结构参数⑴??
?低维六方氮化硼制备及功能化应用的基础研宄???图２－２?（ａ）?ｈ－ＢＮ与（ｂ）石墨的结构示意图??表２－２?ｈ－ＢＮ与石墨的性质比较丨２丨??性质?ｈ－ＢＮ?石墨??键长（ｎｍ）?０．１４４?０．１４２??键能（ｅＶ）?４?３．７??层间距（ｎｍ）?０．３３３?０．３３５??杨氏模量（ＴＰａ）?０．８１－１．３?１．１??平面热导率（Ｗ／ｍＫ）?４００?２６００??邻间转移电荷（４）?￣０．４?￣０??带隙（ｅＶ）?５．５－６?￣０??击穿电压（ＭＶ／ｃｍ）?？７?导体??耐氧化温度（°Ｃ）?？８４０?－６００??外观颜色?白色／近透明体?黑色??２．１．２六方氮化硼的性质??材料的性质总是和结构息息相关，不同的结构决定其具有不同的特性。??ｈ－ＢＮ各向异性的独特分子结构使其在很多物理化学性质方面具有得天独厚??的优势。具体性质如下：??（１）热稳定性和化学稳定性??超高的抗氧化性和结构稳定性是ｈ－ＢＮ材料相对于其他材料的明显优势。??它可在２０００?°Ｃ的高温中保持稳定，其升华温度大约为３０００?°Ｃ。除具有良好??的热稳定性以外，ｈ－ＢＮ还具有优异的化学稳定性，与多数的氧化剂、无机酸、??碱等不会发生化学反应。同时它也具有高的耐腐蚀性，与大多数的金属既不??会发生化学反应也不会产生润湿。此外，ｈ－ＢＮ具有强中子吸收能力，可作为??防护装置预防中子辐射。以上的这些特性使ｈ－ＢＮ可以作为良好的绝缘材料、??导热填料、微波透明屏蔽层等，甚至在工业上也广泛用于耐久性的高温坩埚、??－４?－??
文???２．２．１物理功能化法??ｈ－ＢＮ材料的物理功能化法主要是指通过不同的制备方法对其结构和形??貌进行调控。不同维度的ｈ－ＢＮ材料具有不同的性能与应用，制备方法也各??异。市售的ｈ－ＢＮ通常呈现出层状的块体结构，厚度从几十纳米到数百纳米，??并且横向尺寸在几微米左右。人工合成的ｈ－ＢＮ材料的结构按空间维度可以??分为成０Ｄ的纳米粒子和量子点，一维（１Ｄ）的管、丝、带，二维（２Ｄ）的??薄片和三维（３Ｄ）的多孔结构，以及许多其他新颖的功能化纳米结构【２２－２９】，??如图２－４所示，经过不断的探索，通过不同的可控制备方法合成了形貌多样??性的ｈ－ＢＮ。这些具有不同形貌的ｈ－ＢＮ材料因具有不同的尺寸效应、层数效??应以及边缘和缺陷效应而形成不同的电子结构，从而影响其性能和功能化应??用。??ｍｍｊ??图２－４?ｈ－ＢＮ的不同形貌：（ａ）纳米粒子丨２２丨，（ｂ）纳米带丨９丨，（ｃ）纳米管??丨２３丨，（ｄ）纳米片丨２４丨，（ｅ）纳米网丨２５丨，（ｆ）纳米毯丨２６丨，（ｇ）空心球丨２７丨，（ｈ）??纳米花［２Ｓ、（ｉ）多孔结构丨２９丨??在过去的几十年中，人们见证了低维ｈ－ＢＮ材料的蓬勃发展。低维ｈ＿ＢＮ??材料与块体的性能有很大差别，如表２－３所示，沿轴向测得的ＢＮＮＴｓ的弹性??模量范围为０．５？１．３?ＴＰａ，而ＤＦＴ计算得出的ｈ－ＢＮ单层的弹性模量为??０．７２？０．９５?ＴＰａ，接近于块体ｈ－ＢＮ。这种超高强度使其能够在与聚合物、金属??等材料复合后具有很广泛的应用。为了进一步扩展其应用范围，研究者在制??备出不同维度和形貌的ｈ－ＢＮ材料基础上，又创建了多孔结构。当其形成多??孔结构时，表现出更多
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiO2纳米阵列∕石墨烯复合材料在水处理和能量转换与储存中的研究进展（英文）[J]. 范艳华,胡光武,于帅芹,麦立强,徐林. Science China Materials. 2019(03)
[2]直径小于100 nm空心二氧化钛纳米球的简单绿色可控合成及其光催化产氢性能研究（英文）[J]. 谭余波,刘茂昌,魏代星,唐鹤鸣,封心建,沈少华. Science China Materials. 2018(06)
本文编号：3119281
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１?ＢＮ的晶体结构??表２－１?ＢＮ的晶体结构参数⑴??
?低维六方氮化硼制备及功能化应用的基础研宄???图２－２?（ａ）?ｈ－ＢＮ与（ｂ）石墨的结构示意图??表２－２?ｈ－ＢＮ与石墨的性质比较丨２丨??性质?ｈ－ＢＮ?石墨??键长（ｎｍ）?０．１４４?０．１４２??键能（ｅＶ）?４?３．７??层间距（ｎｍ）?０．３３３?０．３３５??杨氏模量（ＴＰａ）?０．８１－１．３?１．１??平面热导率（Ｗ／ｍＫ）?４００?２６００??邻间转移电荷（４）?￣０．４?￣０??带隙（ｅＶ）?５．５－６?￣０??击穿电压（ＭＶ／ｃｍ）?？７?导体??耐氧化温度（°Ｃ）?？８４０?－６００??外观颜色?白色／近透明体?黑色??２．１．２六方氮化硼的性质??材料的性质总是和结构息息相关，不同的结构决定其具有不同的特性。??ｈ－ＢＮ各向异性的独特分子结构使其在很多物理化学性质方面具有得天独厚??的优势。具体性质如下：??（１）热稳定性和化学稳定性??超高的抗氧化性和结构稳定性是ｈ－ＢＮ材料相对于其他材料的明显优势。??它可在２０００?°Ｃ的高温中保持稳定，其升华温度大约为３０００?°Ｃ。除具有良好??的热稳定性以外，ｈ－ＢＮ还具有优异的化学稳定性，与多数的氧化剂、无机酸、??碱等不会发生化学反应。同时它也具有高的耐腐蚀性，与大多数的金属既不??会发生化学反应也不会产生润湿。此外，ｈ－ＢＮ具有强中子吸收能力，可作为??防护装置预防中子辐射。以上的这些特性使ｈ－ＢＮ可以作为良好的绝缘材料、??导热填料、微波透明屏蔽层等，甚至在工业上也广泛用于耐久性的高温坩埚、??－４?－??
文???２．２．１物理功能化法??ｈ－ＢＮ材料的物理功能化法主要是指通过不同的制备方法对其结构和形??貌进行调控。不同维度的ｈ－ＢＮ材料具有不同的性能与应用，制备方法也各??异。市售的ｈ－ＢＮ通常呈现出层状的块体结构，厚度从几十纳米到数百纳米，??并且横向尺寸在几微米左右。人工合成的ｈ－ＢＮ材料的结构按空间维度可以??分为成０Ｄ的纳米粒子和量子点，一维（１Ｄ）的管、丝、带，二维（２Ｄ）的??薄片和三维（３Ｄ）的多孔结构，以及许多其他新颖的功能化纳米结构【２２－２９】，??如图２－４所示，经过不断的探索，通过不同的可控制备方法合成了形貌多样??性的ｈ－ＢＮ。这些具有不同形貌的ｈ－ＢＮ材料因具有不同的尺寸效应、层数效??应以及边缘和缺陷效应而形成不同的电子结构，从而影响其性能和功能化应??用。??ｍｍｊ??图２－４?ｈ－ＢＮ的不同形貌：（ａ）纳米粒子丨２２丨，（ｂ）纳米带丨９丨，（ｃ）纳米管??丨２３丨，（ｄ）纳米片丨２４丨，（ｅ）纳米网丨２５丨，（ｆ）纳米毯丨２６丨，（ｇ）空心球丨２７丨，（ｈ）??纳米花［２Ｓ、（ｉ）多孔结构丨２９丨??在过去的几十年中，人们见证了低维ｈ－ＢＮ材料的蓬勃发展。低维ｈ＿ＢＮ??材料与块体的性能有很大差别，如表２－３所示，沿轴向测得的ＢＮＮＴｓ的弹性??模量范围为０．５？１．３?ＴＰａ，而ＤＦＴ计算得出的ｈ－ＢＮ单层的弹性模量为??０．７２？０．９５?ＴＰａ，接近于块体ｈ－ＢＮ。这种超高强度使其能够在与聚合物、金属??等材料复合后具有很广泛的应用。为了进一步扩展其应用范围，研究者在制??备出不同维度和形貌的ｈ－ＢＮ材料基础上，又创建了多孔结构。当其形成多??孔结构时，表现出更多
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiO2纳米阵列∕石墨烯复合材料在水处理和能量转换与储存中的研究进展（英文）[J]. 范艳华,胡光武,于帅芹,麦立强,徐林. Science China Materials. 2019(03)
[2]直径小于100 nm空心二氧化钛纳米球的简单绿色可控合成及其光催化产氢性能研究（英文）[J]. 谭余波,刘茂昌,魏代星,唐鹤鸣,封心建,沈少华. Science China Materials. 2018(06)
本文编号：3119281
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3119281.html
