[发明专利]一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米纤维的方法，尤其涉及一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法。

背景技术

氮化硼纳米纤维具有和碳纳米纤维类似的六方晶体结构和电子特性，不同之处在于氮化硼纳米纤维中由sp²杂化的硼氮原子替代了碳纳米纤维六方晶体结构中的碳原子，这些结构特性使得氮化硼纳米纤维具有和碳纳米纤维类似的高机械强度和热传导特性并同时具有异于碳纳米纤维的独特物理化学性能。氮化硼纳米纤维具有更好的化学稳定性，其抗氧化温度高达摄氏800度，是禁带宽度约为5eV的宽带隙半导体。氮化硼纳米纤维独特的电子特性和机械特性使得其在纳米电子器件、光电子器件、纳米复合材料、储氢器件、化学传感器等方面具有光明的应用前景。这些特性和应用前景也使得氮化硼纳米纤维的制备成为当今世界功能材料界研究的热点领域。近十年来，各国科研人员研究尝试了多种方法用于制备氮化硼纳米纤维。

目前关于氮化硼纳米纤维的研究仍处于起步阶段，各国研究人员尝试了多种制备方法，如电弧放电、化学气相沉积、准分子激光消融、有机硼源及氮源共裂解等方法。在这些制备方法中，激光消融方法得到的氮化硼纳米纤维具有较好的质量，但缺点是设备昂贵，氮化硼纳米纤维产量少；化学气相沉积方法可以得到较高的产量，但获得的氮化硼纳米纤维晶体质量较差且设备成本较为昂贵；电弧放电方法是最早获得氮化硼纳米纤维的方法，其具有设备成本较低、获得的氮化硼纳米纤维结晶质量好等特点，仍然是近年来氮化硼纳米纤维制备方法研究中的主要方向。由于氮化硼是一种绝缘体，不能直接作为电极用于电弧放电。因此，目前的电弧放电方法一般是采用硼的导电化合物，如硼化铪、硼化锆等作为阳极放电，以氮气作为工作气体，在放电产物中获得氮化硼纳米纤维或纳米颗粒，该方法的缺点是电极制造昂贵、获得的氮化硼纳米纤维产量少、反应控制较为困难、混杂其中的金属杂质难以去除等等。

因此，迫切需要能够提供一种氮化硼纳米纤维的制备方法，能够克服上述弊病。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法，具有电极制造方便、反应易于控制、设备成本较低、适于快速大规模生产的特点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法，包括以下步骤：

（1）提供一电弧放电室，在所述电弧放电室内安装阳极和阴极，所述阳极采用石墨和氮化硼晶体制成的混合电极，所述阳极和阴极均与一电源连接；

（2）将所述电弧放电室抽为真空室，然后通入工作气体；

（3）接通电源进行电弧放电，放电过程中，保持放电电压和放电电流稳定；

（4）待放电结束后，在所述阴极收集产物。

本发明一个较佳实施例中，一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法进一步包括所述步骤（1）中，所述阳极的制备方法是在石墨棒内嵌入氮化硼晶体棒。

本发明一个较佳实施例中，一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法进一步包括所述氮化硼晶体棒的长度与所述石墨棒的长度比例为1:2-1:4，所述氮化硼晶体棒的直径与所述石墨棒的直径比例为1:4-2:3。

本发明一个较佳实施例中，一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法进一步包括所述步骤（1）中，所述阳极的制备方法是在氮化硼晶体棒内嵌入石墨棒。

本发明一个较佳实施例中，一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法进一步包括所述步骤（1）中，阴极为铜或石墨。

本发明一个较佳实施例中，一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法进一步包括所述阳极和阴极的间距为0.5-3mm。

本发明一个较佳实施例中，一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法进一步包括所述步骤（2）中，工作气体为氩气和氮气的混合气体，所述氩气和氮气的体积比为1:1-1:5。

本发明一个较佳实施例中，一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法进一步包括所述步骤（3）中，放电电压为18-35V，放电电流为50-80A。

本发明一个较佳实施例中，一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法进一步包括还设置有电极间距调整系统，所述阳极和阴极均与所述电极间距调整系统连接。

本发明一个较佳实施例中，一种利用电弧放电制备氮化硼纳米纤维的方法进一步包括在所述步骤（4）后，用氧化方法去除产物中的碳纳米纤维，得到氮化硼纳米纤维。