BN纳米管_一种新型的纳米材料.docx

邢光建陈光华(北京工业大学材料学院新型功能材料教育部重点实验室北京100022)摘要文章综述了BN纳米管的必威体育精装版进展,介绍了BN纳米管的结构和制备技术发展情况,包括电弧放电、电弧熔融、激光烧蚀、机械球磨、碳纳米管取代反应和化学反应法,探讨了BN纳米管的机械和电学性质,并展望了BN纳米管的应用前景,提出了BN纳米管的发展方向.关键词BN纳米管,结构,制备,应用BNNANOTUBES———ANEWNANOSCALEMATERIALXINGGuang2JianCHENGuang2Hua(KeyLaboratoryofAdvancedFunctionalMaterialsMinistryofEduction;SchoolofMaterialsScienceandEngineering,BeijingPolytechnicUniversity,Beijing100022,China)RecentprogressonBNnanotubesisreviewedbriefly.ThestructureofBNnanotubesandthedevelop2Abstractmentofsynthetictechnologies,includingarcdischarge,arc2melting,laserablation,ballmilling,carbonnanotubesubstitutedreactionsandchemicalreactionmethodsaredescribed.Themechanicalandelectricpropertiesofthesenanotubesarediscussed,andtheprospectsforapplicationandfuturedevelopmentareoutlined.KeywordsBNnanotubes,structure,synthesis,application电性质外,C-NTs还有非凡的力学性质.理论计算表明,C-NTs应具有最高的强度和最大的韧性.例如,由一层碳原子的六方网格卷曲而成的单层C-NTs的强度估计为钢的100倍,而比重却只有钢的1Π6.人们估计C-NTs作为力学材料的前景是十分乐观的.当然,C-NTs还有其他独特的物理、化学性质.人们在研究C-NTs的同时,也对碳相关化合物材料发生了极大的兴趣.由于BN和C在性质上的相似之处,特别是h-BN具有石墨结构,并且理论上块体结构中有层状结构的都有可能形成纳米管和富勒烯结构,因此研究者试图把BN层像C层一样卷曲起来,以形成BN纳米管(BNnanotubes,以下称作BN-NTs).在1995年,美国的NasreenG.Chop2ra4等人用等离子体电弧放电的方法,首次合成了BN-NTs.此后,研究者又发展了各种方法来制备BN-NTs和纳米囊等,并在制备出的基础上研究了其结构和特性等.1前言自从1991年S.Iijima1制备出碳纳米管(Carbonnanotubes,以下称作C-NTs)后,世界上许多科学工作者都被这种不寻常的中空碳原子的排列结构及其呈现出的各种独特性质所吸引,并从事这方面的研究工作.经过近几年的研究,人们用各种方法合成出了各种C-NTs,并对其结构和各种物理化学性质进行了详细的测量和研究,发现1—3C-NTs是由石墨的碳原子层卷曲成的径向尺寸很小的碳管.管的直径一般在几个纳米到几十个纳米,而管壁的厚度仅为几个纳米.电子在C-NTs内的运动在径向受到限制,表现出典型的量子限制效应,而在管的轴向,它却具有几十微米的长度,电子在此方向上的运动不受任何限制,可以认为C-NTs是天然的一维量子线.C-NTs的物理性质与它的结构密切相关,就导电性而言,C-NTs可以是金属性的,也可以是半导体性的,甚至在同一根C-NTs上,由于结构的变化,在C-NTs的不同的部位也可以呈现出不同的导电性质,而在两处不同的导电性质部分的交接处会形成一个异质结,具有整流的作用.除了奇特的导31卷(2002年)3期3国家自然科学基金(批准号19874007)资助项目;北京市自然科学基金(批准号:2982013)资助项目2001-06-22收到初稿,2001-08-03修回·151·2结构BN-NTs包括单壁纳米管和多壁纳米管.采用高分辨率电镜技术对BN-NTs的结构研究表明,单壁BN纳米管(singlewallnanotubes)是由一层BN卷曲而成,直径为零点几纳米至几十纳米,侧面由B,N原子六边形组成,长度一般为几十纳米至微米级,两端由B,N原子的五边形和六边形等封顶.单壁纳米管按B,N原子的排列方式可能存在三种类型的结构,分别称为单臂纳米管、锯齿形纳米管和手性形纳米管.它们的具体结构5见图1—3:图4二维BN片