[发明专利]一种氮化硼纤维三维结构材料制备方法及其制品

说明书

本发明提供一种氮化硼纤维三维结构材料的制备方法及其制品。所述方法以三聚氰胺和硼酸为原料，水为反应介质，通过简便的水浴合成制备了M·2B(英文名为Melamine diborate)原纤维；并进一步以此为原料，采用冷冻成型的工艺，获得了基于原纤维的三维网络结构；借助常规的热处理工艺将原纤维三维结构转化为氮化硼纤维三维结构。本发明提供的技术方法工艺简便、原料成本低、绿色环保，本发明提供的材料是以氮化硼纤维为结构单元的三维网络结构，具有轻质、高强、疏水的特性，其在污染物处理、催化剂载体、增强功能性复合材料领域都具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种氮化硼纤维三维网络结构材料的制备方法及其制品。

背景技术

氮化硼材料因其高温稳定性、良好的电绝缘性、高热导率、低介电常数与低介电损耗、优异的抗氧化性与耐化学腐蚀性等特点，在航空航天、电气工程、微电子器件及冶金工业等领域都具有广泛的应用。

三维氮化硼多孔陶瓷作为其中的一员，具有轻质、高比表面积等特性，在污水处理、贵金属催化剂负载以及复合材料制备等方面具有重要的应用价值。近年来，研究人员致力于采用简便的方法制备该类型的氮化硼材料，目前主要是通过模板合成法和冷冻成型两种方法制备以氮化硼纳米片和纳米管为结构单元的气凝胶或泡沫结构。

Rousseas等人以炭气凝胶为模板，氧化硼为原料，在氮气气氛下通过与模板发生碳热还原反应生成氮化硼置换掉炭，得到了由氮化硼纳米片构建的气凝胶(M.Rousseas,A.Goldstein,W.Mickelson,et al.,Synthesis of highly crystalline sp²-bondedboron nitride aerogels[J].ACS nano,7(2013)8540-8546.)。

Song等人以碳纳米管/石墨烯气凝胶为模板，采用化学气相反应生成六方氮化硼薄膜，经氧化除碳后得到了由氮化硼纳米管与纳米片协同构建的气凝胶结构(Y.X.Song,B.Li,S.Yang,et al.,Ultralight boron nitride aerogels via template-assistedchemical vapor deposition[J],Sci.Rep-UK,5(2015)10337.)。

Yin和Ashton等人以镍泡沫为模板，以氨硼烷为原料，通过化学气相沉积的方法在模板上形成氮化硼薄膜，将模板腐蚀后得到了由六方氮化硼中空薄壁管相互连接形成的泡沫结构，该结构具有良好的弹性，但其抗压强度仅为几十帕。(J.Yin,X.Li,J.Zhou,et al.,Ultralight three-dimensional boron nitride foam with ultralow permittivityand superelasticity[J].,Nano.Lett.,13(2013)3232-3236.T.S.Ashton andA.L.Moore,Three-dimensional foam-like hexagonal boron nitride nanomaterialsvia atmospheric pressure chemical vapor deposition[J].,J.Mater.Sci,50(2015)6220-6226.)。

Lei等人从六方氮化硼粉末出发制备了氨基化改性氮化硼纳米片，并分散于水中得到高浓度的胶体溶液，通过冷冻成型与低温干燥的方式获得了超轻氮化硼气凝胶(W.W.Lei,V.Mochalin,D.Liu,et al.,Boron nitride colloidal solutions,ultralightaerogels and freestanding membranes through one-step exfoliation andfunctionalization[J].Nat.Commun.,6(2015)8849.)。