Получение 1D BN

Получение 1D BN

Лазерная абляция

В качестве мишени (прекурсора) использовался монокристаллический BN (β-BN или h-BN), который в атмосфере азота под давлением 5-15 ГПа в течении одной минуты подвергался воздействию лазерного облучения. В результате образовались многостенные нанотрубки. Однако эффективность этого метода оказалась невысока и в нанотрубках содержалось множество наноструктурного материала, но не в форме нанотрубок. В дальнейшем удалось оптимизировать процесс синтеза, применяя металлические катализаторы (Ni, Co), что позволило добиться получения как одностенных, так и многостенных (двух-, трех-, …) нанотрубок в больших количествах.

Получение 1D BN

Реакции замещения атомов углерода в углеродных нанотрубках

Предложен метод, где в углеродных нанотрубках (одно- и многостенных) замещались атомы углерода на атомы бора и азота. Использовался порошок B2O3 в открытом тигле, покрытом

углеродными нанотрубками, а реакция замещения происходила в атмосфере азота и при температуре 1500°С в течении 30 мин. Образовывались нанотрубки BN примерно того же диаметра, что и углеродные нанотрубки, выступающие в роли шаблона. В результате реакции окисления

3C + B2O3 → 2B + 3CO

образовывались точечные (вакансии) дефекты, которые заполнялись атомами бора и азота. Обнаружено, что наиболее эффективно получаются нантрубки BN типа зигзаг, причем с открытыми торцами. Некоторая часть атомов углерода оставалась в стенках нанотрубки.

Получение 1D BN

Реакции замещения атомов углерода в углеродных нанотрубках

Получение 1D BN

Реакции замещения атомов углерода в углеродных нанотрубках

Для получения одностенных нанотрубок BN температура оказалась критическим параметром, т.к. только при 1350°C удалось получить качественный образец среди BxC1-x и BxC1-x-yNy

нанотрубок. При 1530°C происходит трансформацию в объемную фазу BN. Также достаточно сложно гарантировать, что все атомы углерода будут замещены атомами бора и азота. Оказалось, что добавление MoO3, выступающего в роли дополнительного

окислителя, сокращает количество атомов углерода в нанотрубках BN.

Получение 1D BN

Химическое осаждение из газовой фазы

Возможно провести синтез нанотрубок BN с помощью CVD. В качестве прекурсора использовался боразин (B3N3H6) или B4N3O2H

вместе с порошком NiB или Ni2B (катализатор) при температурах

1000 – 1100 °C. Также используется смесь порошков B, MgO и FeO через которую походит поток NH3 при 1550 °C, что приводит к

образованию цилиндрических и бамбукообразных нанотрубок с диаметрами от 20 до 100 нм.

Минимальный диаметр нанотрубок BN около 10 нм получен в случае использования смеси порошков В и Li2O.

Получение 1D BN

Химическое осаждение из газовой фазы

Влияние температуры синтеза и концентрации прекурсоров на морфологию нанотрубок BN.

Получение 1D BN

Измельчение шаровыми мельницами

Нанотрубоки BN получали при помощи шаровых мельниц, измельчая бор в газе NH3 с последующим отжигом при 1000-

1200°C в потоке газа носителя N2 или Ar. Диаметр нанотрубок 50-

75 нм. Присутствие атомов железа (от шаровой мельницы) являлось катализатором, который приводил к агломерации BN и росту нанотрубок. Перемалывая объемный h-BN с последующим отжигом, также получали нанотрубки BN с диаметром в диапазоне 11-280 нм.

Получение 1D BN

Очистка нанотрубок

Предложен четырехстадийный процесс очистки нанотрубок BN: (i)диспергирование больших скоплений ультразвуком в этаноле;

(ii)удаление металлических частиц с помощью селективного выщелачивания в HCl;

(iii)растворение частиц BN с помощью селективного окисления на открытом воздухе при температуре 800°C;

(iv)промывка в горячей воде для удаления остатков B2O3.

Возможно удаление примесей BN (наночастиц, полосок, аморфная фаза) из нанотрубок, используя сильное взаимодействие между нанотрубками BN и сопряженными полимерами. Сопряженные полимеры селективно обволакивает нанотрубки BN, что позволяет разделить нанотрубки от примесей.