一种荧光碳化硼纳米带的制备方法与流程

本发明属于led荧光粉和纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种荧光碳化硼纳米带的制备方法。

背景技术：

2001年，美国佐治亚理工学院的王中林教授等在世界上首次发现并合成纳米带状结构的半导体氧化物，这是纳米材料合成领域的又一重大突破。王中林教授等人利用高温固体气相法，成功合成了氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化镉和氧化镓等宽带半导体体系的带状结构。这些带状结构纯度高、产量大、结构完整、表面干净，并且内部无缺陷、无位错，是理想的单晶线型薄片结构，从而引起人们的广泛关注。

碳化硼因其良好的机械性、耐热、耐高温、抗腐蚀等特性，被广泛应用在高温高压等极端环境下。一维碳化硼由于其具有较强的量子尺寸效应，常常表现出比传统块体材料更好的力学、光学及电学性能，在构造纳米器件方面也具有很好的应用前景，受到了极大关注。利用基于第一性原理的密度泛函理论(dft)，sun等人首先开展了对一维碳化硅纳米条带的理论研究，对边缘用氢钝化的锯齿型碳化硅纳米带和扶手椅型碳化硅纳米带的结构、性质及其稳定性进行研究。结果显示，扶手型碳化硅纳米带为非磁性半导体性质，而锯齿型碳化硅纳米带则因条带宽度不同表现出具有磁性的金属性质或半导体性质。研究表明，通过掺杂可以调节碳化硅纳米带的电磁学性质。如单个硼原子或氮原子替换指定原子的锯齿型碳化硅纳米带可以实现100％的自旋极化并获得半金属性质。当硼或氮原子掺杂位置改变时，可实现体系由铁磁态到亚铁磁态的转变，并获得金属、半金属及半导体行为等有趣的性质。然而，国内外对碳化硼纳米带的制备的报道仍较少，xu等人利用b2o3和石墨筛为原料，高频感应炉中加热至1950℃后在bn衬底上得到了碳化硼纳米带(j.phys.chem.b,2004,108,7651-7655.)；bao等人利用b2o3粉、硼粉、碳粉以及铁粉，通过两步化学气相沉积方法在硅基片上得到了碳化硼纳米带(chinesephysicsb,2008,17,11,4247-4252.)。目前已报道的制备方法比较复杂，对设备的要求高，重复性差，且制备得到的碳化硼纳米带数量较少、纯度较低，不利于更进一步的研究与利用，因此开发一种新型简单有效的碳化硼纳米带制备方法具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种制备过程简单、产量高、样品纯度高的荧光碳化硼纳米带的制备方法。

本发明的荧光碳化硼纳米带的制备方法为：以氧化镍或硝酸镍粉、硼粉、二氧化硅粉和三氧化二硼粉为原料，根据反应方程式2xnio+xsio2+(4x+2y)b+2yb2o3＝xni2si+(2x+3y)b2o2，其中0.01≤x/y≤0.15，按摩尔比称取原料，将称量好的原料均匀混合于无水乙醇中，加热搅拌至干燥；然后将干燥后的混合物置于带盖的石墨坩埚内，放入高温管式炉中，在惰性保护气氛下加热至1350～1600℃，热处理1～5小时，随炉降温后在石墨坩埚壁及盖上收集灰白色的毛绒状粉末，得到荧光碳化硼纳米带。

上述的氧化镍或硝酸镍粉、硼粉、三氧化二硼粉、二氧化硅粉的纯度均不低于98％。

上述制备方法中，优选0.05≤x/y≤0.1。

上述制备方法中，将称量好的原料均匀混合于无水乙醇中，在50～90℃下加热搅拌至干燥。

上述制备方法中，优选在惰性保护气氛下加热至1400～1500℃，热处理1～3小时。

上述制备方法中，所述惰性保护气氛是流速为80～200ml/min的氩气气氛。

本发明以氧化镍或硝酸镍粉、硼粉、二氧化硅粉和三氧化二硼粉为原料，将原料在石墨坩埚内高温热处理，在石墨坩埚壁及盖上收集灰白色的毛绒状粉末为荧光碳化硼纳米带。本发明的有益效果如下：

1、本发明所用原料价格便宜、易得，制备工艺简单，可重复性好，容易实现。

2、本发明所制备荧光碳化硼纳米带结晶度好、纯度高、形貌规则、尺寸均匀。

3、本发明所制备荧光碳化硼纳米带具有良好的发光性能。

附图说明

图1是实施例1制备的荧光碳化硼纳米带的拉曼图谱。

图2是实施例1制备的荧光碳化硼纳米带的sem图。

图3是实施例1制备的荧光碳化硼纳米带的pl光谱。

图4是实施例2制备的荧光碳化硼纳米带的sem图。

图5是实施例2制备的荧光碳化硼纳米带的pl光谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

将0.0747g(1mmol)纯度大于98％的氧化镍、0.1297g(12mmol)纯度大于98％的硼粉、0.0300g(0.5mmol)纯度大于98％的二氧化硅粉、0.6960g(10mmol)纯度大于98％的三氧化二硼粉依次加入20ml无水乙醇中，在90℃水浴中加热搅拌直至干燥。将干燥后的混合粉体置于带盖的石墨坩埚内，将石墨坩埚置于高温管式炉中，在流速为120ml/min的氩气气氛中加热至1500℃，恒温热处理1小时，随炉降温后在石墨坩埚壁及盖上收集灰白色的毛绒状粉末，得到荧光碳化硼纳米带。由图1可见，所得产物为碳化硼。由图2可见，所得碳化硼纳米带的宽度为1～3μm，长度为数十至数百微米，且分布均匀。由图3可见，所得碳化硼纳米带的激发光谱覆盖了400～500nm，发射峰位于处436nm处，说明材料能够发射紫外光。

实施例2

将0.0896g(1.2mmol)纯度大于98％的氧化镍、0.1340g(12.4mmol)纯度大于98％的硼粉、0.0360g(0.6mmol)纯度大于98％的二氧化硅粉、0.6960g(10mmol)纯度大于98％的三氧化二硼粉依次加入15ml无水乙醇中，在70℃水浴中加热搅拌直至干燥。将干燥后的混合粉体置于带盖的石墨坩埚内，将石墨坩埚置于高温管式炉中，在流速为120ml/min的氩气气氛中加热至1500℃，恒温热处理1小时，随炉降温后在石墨坩埚壁及盖上收集灰白色的毛绒状粉末，得到荧光碳化硼纳米带。由图4可见，所得荧光碳化硼纳米带的宽度为1～10μm，长度为50μm至数百微米，且分布均匀。由图5可见，所得碳化硼纳米带的激发光谱覆盖了400～500nm，发射峰位于处436nm处，说明说明材料能够发射紫外光。

实施例3

将0.2326g(0.8mmol)六水硝酸镍、0.1362g(12.6mmol)硼粉、0.0240g(0.4mmol)二氧化硅粉、0.7656g(11mmol)三氧化二硼粉依次加入25ml无水乙醇中，在80℃水浴中加热搅拌直至干燥。将干燥后的混合粉体置于带盖的石墨坩埚内，将石墨坩埚置于高温管式炉中，在流速为150ml/min的氩气气氛中加热至1450℃，恒温热处理3小时，随炉降温后在石墨坩埚壁及盖上收集灰白色的毛绒状粉末，得到荧光碳化硼纳米带。

技术特征：

1.一种荧光碳化硼纳米带的制备方法，其特征在于：以氧化镍或硝酸镍粉、硼粉、二氧化硅粉和三氧化二硼粉为原料，根据反应方程式2xnio+xsio2+(4x+2y)b+2yb2o3＝xni2si+(2x+3y)b2o2，其中0.01≤x/y≤0.15，按摩尔比称取原料，将称量好的原料均匀混合于无水乙醇中，加热搅拌至干燥；然后将干燥后的混合物置于带盖的石墨坩埚内，放入高温管式炉中，在惰性保护气氛下加热至1350～1600℃，热处理1～5小时，随炉降温后在石墨坩埚壁及盖上收集灰白色的毛绒状粉末，得到荧光碳化硼纳米带。

2.根据权利要求1所述的荧光碳化硼纳米带的制备方法，其特征在于：所述氧化镍或硝酸镍粉、硼粉、三氧化二硼粉、二氧化硅粉的纯度均不低于98％。

3.根据权利要求1所述的荧光碳化硼纳米带的制备方法，其特征在于：0.05≤x/y≤0.1。

4.根据权利要求1所述的荧光碳化硼纳米带的制备方法，其特征在于：将称量好的原料均匀混合于无水乙醇中，在50～90℃下加热搅拌至干燥。

5.根据权利要求1所述的荧光碳化硼纳米带的制备方法，其特征在于：在惰性保护气氛下加热至1400～1500℃，热处理1～3小时。

6.根据权利要求1所述的荧光碳化硼纳米带的制备方法，其特征在于：所述惰性保护气氛是流速为80～200ml/min的氩气气氛。

技术总结
本发明公开了一种荧光碳化硼纳米带的制备方法，以纯度不低于98％的氧化镍或硝酸镍粉、硼粉、二氧化硅粉和三氧化二硼粉为原料，按照反应方程式2xNiO+xSiO2+(4x+2y)B+2yB2O3＝xNi2Si+(2x+3y)B2O2，0.01<x/y<0.15称量，将称量好的原料均匀混合于无水乙醇中，加热搅拌至干燥；将干燥后的混合物置于带盖的石墨坩埚内，放入高温管式炉中，在惰性保护气氛下进行热处理，随炉降温后在石墨坩埚壁及盖上收集灰白色的毛绒状粉末为荧光碳化硼纳米带。本发明具有原料简单易得、操作简单可控、可重复性好、样品纯度高等优点。

技术研发人员：吴雯雯;石玉海;程蒋涛;李鑫;薛小飞;贺志丁;加齐
受保护的技术使用者：陕西师范大学
技术研发日：2019.08.07
技术公布日：2019.11.29