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Superhard BC_2N:an Orthogonal Crystal Obtained by Transversely Compressing(3,0)-CNTs and(3,0)-bnnts

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Chinese Physics Letters 2016年第10期33卷 94-98页

作者：胡玉洁徐胜亮王昊刘恒徐雪春蔡影祥 Department of Physics Nanchang University

By means of density functional theory calculations, an orthogonal boron-carbon-nitrogen compound called （3,0）- BC2N is predicted, which can be obtained by transversely compressing （3,03 carbon nanotubes （CNTs） and boron nitride nanotubes （bnnts）. Its structural stability, elastic properties, mechanical properties and electronic structure are systematically investigated. The results show that （3,0）-BU2N is a superhard material with a direct bandgap. However, its similar structures, （3,0）-C and （3,0）-BN are indirect semiconductors. Strikingly, （3,0）-C is harder than diamond. We also simulate the x-ray diffraction of （3,0）-BC2N to support future experimental investigations. In addition, our study shows that the transition from （3,03 CNTS and bnnts to （3,0）-BC2N is irreversible.

关键词： CNTs and is of BC bnnts Superhard BC2N:an Orthogonal Crystal Obtained by Transversely Compressing by

bnnts/B_4C陶瓷复合材料的显微结构和力学性能研究

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陶瓷学报 2013年第4期34卷 438-442页

作者：曾小军刘维良冯震乾阮杰平景德镇陶瓷学院江西景德镇333403

以B4C粉为主要原料,氮化硼纳米管(bnnts)为补强增韧剂,无定形B粉为烧结助剂,采用热压烧结工艺制备出高性能bnnts/B4C陶瓷复合材料。研究了bnnts含量对bnnts/B4C陶瓷复合材料显微结构和力学性能的影响。采用硬度计、万能试验机、扫描电... 详细信息

以B4C粉为主要原料,氮化硼纳米管(bnnts)为补强增韧剂,无定形B粉为烧结助剂,采用热压烧结工艺制备出高性能bnnts/B4C陶瓷复合材料。研究了bnnts含量对bnnts/B4C陶瓷复合材料显微结构和力学性能的影响。采用硬度计、万能试验机、扫描电镜等手段对样品性能进行了表征。实验结果表明,bnnts含量为1.5wt.%时,bnnts/B4C陶瓷复合材料力学性能最佳。弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度分别为513.19MPa、6.58MPa·m1/2、38.6GPa,比无bnnts加入的B4C陶瓷分别提高了28.0%、31.5%、14.0%。掺入bnnts对B4C基体材料产生残余压应力,使复合材料的断裂韧性有所提高。

关键词： bnnts B4C陶瓷复合材料显微结构力学性能

热压烧结bnnts/B4C陶瓷复合材料的制备及其性能研究

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热压烧结BNNTs/B4C陶瓷复合材料的制备及其性能研究

作者：冯震乾景德镇陶瓷学院

学位级别：硕士

本文以B4C粉体为原料,bnnts为补强增韧剂,无定形B粉为烧结助剂,采用热压烧结工艺制备出高性能bnnts/B4C|陶瓷复合材料,系统研究了不同表面活性剂对bnnts的分散性能及其分散机理、bnnts含量和烧结温度对bnnts/B4C陶瓷的显微组织结构和力... 详细信息

本文以B4C粉体为原料,bnnts为补强增韧剂,无定形B粉为烧结助剂,采用热压烧结工艺制备出高性能bnnts/B4C|陶瓷复合材料,系统研究了不同表面活性剂对bnnts的分散性能及其分散机理、bnnts含量和烧结温度对bnnts/B4C陶瓷的显微组织结构和力学性能的影响,同时探讨了bnnts对B4C陶瓷的增韧机理。本文采用紫外分光光度计测试方法研究了经浓硝酸酸洗后的bnnts在不同溶剂和表面活性剂中的分散性能：首先考察bnnts在去离子水和无水乙醇中的分散性能,研究表明,bnnts在去离子水中无法形成稳定悬浮液,在无水乙醇中形成的悬浮液在48h后沉降54.7%;接着研究不同的表面活性剂：油酸铵、PVP、曲拉通X-100、SDS和CTAB对bnnts分散效果,结果表明：不同的表面活性剂及其用量会影响bnnts悬浮液分散效果,其中添加3wt%的曲拉通X-100效果最佳,在48h后的沉降量仅为8.61%。bnnts在以上表面活性剂溶液中的基本分散机制均为非共价修饰,但由于各自的结构特性不同,从而导致了分散效果的差异。将分散好的bnnts掺入B4C中通过热压烧结获得bnnts/B4C复合材料。XRD分析表明,无定形B粉的掺入使B4C晶格产生富B现象,形成B13C2、B10C等非化学计量比的B-C化合物,有利于活化晶格,促进陶瓷致密化。在2050℃烧结温度下,不同bnnts添加量对复合材料的性能产生影响,结果表明：当掺入1.5wt%bnnts时,复合陶瓷致密度达到最大为99.6%,力学性能最佳：弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度分别为513.19MPa、6.58MPa·m1/2、38.6GPa,比无bnnts加入的B4C陶瓷分别提高了28.0%、31.5%、14.0%。当bnnts的数量继续增多时,纳米管团聚效应增强,带来的缺陷对材料的组织结构和力学性能都产生不利影响。当添加1.5wt%bnnts时,不同烧结温度对复合材料的性能产生影响,研究表明：在2050℃烧结温度下复合材料的致密度和力学性能达到最大。当烧结温度低于2050℃时,随着温度的升高,B4C晶粒不断长大,孔隙率不断降低,致密度得到提高,且断裂方式由穿晶断裂向沿晶与穿晶共存的混合型断裂转变。当烧结温度高于2050℃时,随着温度的升高复合材料由于晶粒长大异常,到2100℃时晶粒平均尺寸为11.48gm,同时纳米管缺陷引起的气孔率增多,使复合材料综合性能不断恶化。 bnnts强韧化B4C陶瓷机理可以同时借鉴纤维和晶须的增韧理论体系进行探讨,研究表明：bnnts的增韧机理主要为桥联增韧、拔出效应、裂纹偏转和残余应力增韧,复合材料综合力学性能的提高是几种增韧机理复合作用的结果。本论文通过添加1.5wt%bnnts,采用2050℃、30MPa、60min的热压烧结工艺,制备出了具有力学性能优良的bnnts/B4C陶瓷基复合材料。

关键词： bnnts B4C陶瓷复合材料力学性能陶瓷增韧机理

电–热–力载下bnnts增强压电板的非线性弯曲

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材料科学 2018年第6期8卷 742-751页

作者：杨金花周涛长沙理工大学土木工程学院湖南长沙

本文基于非线性应变几何关系、温度效应和压电理论,研究了电–热–力耦合作用下硼氮纳米管(bnnts)增强压电板的非线性弯曲,并建立了硼氮纳米管增强压电板的本构关系。通过变分法,推导出结构的非线性控制方程。用差分离散和迭代法进行求... 详细信息

本文基于非线性应变几何关系、温度效应和压电理论,研究了电–热–力耦合作用下硼氮纳米管(bnnts)增强压电板的非线性弯曲,并建立了硼氮纳米管增强压电板的本构关系。通过变分法,推导出结构的非线性控制方程。用差分离散和迭代法进行求解。算例中详细讨论了体积比、温度、电压以及荷载等因素对bnnts增强压电板非线性弯曲的影响。结果表明板在线性情况下的挠度和弯矩大于非线性;当横向荷载Q增大时,非线性效应增强;对bnnts施加正负电压会导致挠度和弯矩的增加和减少;而且挠度和弯矩随着温度的升高而增大,也会随着基体中bnnts体积分数的增加而减小。

关键词：非线性弯曲压电板 bnnts 电–热–力耦合

In situ real-time study buckling behavior of boron nitride nanotubes with axial compression by TEM

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Chinese Chemical Letters 2019年第7期30卷 1401-1404页

作者： Guoxin Chen Huanming Lu Junfeng Cui Haitao Yu Bo Wang Yan Liu He Li Nan Jiang Key Laboratory of Marine Materials and Related Technologies CAS Zhejiang Key Laboratory of Marine Materials and Protective Technologies Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering Chinese Academy of Sciences Ningbo 315201 China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 China Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 China

Boron nitride nanotubes(bnnts)were treated as brittle materials and could be used to enhance the composite mechanical *** approaches were used to verify the theoretical prediction experimentally,but how to in situ real-time characterize nanomechanical properties of bnnts was still interested to the *** in situ transmission electron microscopy(TEM)equipped with a force transducer holder had been used to study the structure evolution behavior of bnnts with axial ***-time video and the force transducer had been used synchronously to record the whole force loading process where the mechanical deformation of BNNT began,buckled and ended with *** in dividual ultrathin BNNT was employed to con duct the loading *** results showed that the elastic deformation happened on the ***'s modulus?1.05-1.37 Tpa and elasticity coefficient?198.7-255.9 N/m of BNNT were calculated by Euler formula and Hooker's law,respectively.

关键词： bnnts Buckling behavior Real-time In situ TEM Young's modulus Axial compression

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氮化硼纳米管的高效制备及其表征

人工晶体学报 2013年第6期42卷 1138-1142页

作者：班晓磊刘维良武安华曾小军徐军景德镇陶瓷学院景德镇333001 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

本文以B粉、NH3为主要原料,以Fe2O3、CaO为催化剂高效制备了氮化硼纳米管(bnnts)。研究了合成温度,催化剂,合成气氛以及催化剂预处理对氮化硼纳米管形貌、结构以及产率的影响;采用X射线衍射仪,扫描电镜,透射电镜,拉曼光谱仪等手段对制... 详细信息

本文以B粉、NH3为主要原料,以Fe2O3、CaO为催化剂高效制备了氮化硼纳米管(bnnts)。研究了合成温度,催化剂,合成气氛以及催化剂预处理对氮化硼纳米管形貌、结构以及产率的影响;采用X射线衍射仪,扫描电镜,透射电镜,拉曼光谱仪等手段对制备的氮化硼纳米管进行了表征。结果表明,合成的纳米管管径在50～300 nm之间,长度可达百微米,管身均匀平滑;本方法工艺简单,成本低,合成温度低,氮化硼纳米管产率可以达到85%以上,纯度大于90%,且显微结构可控。氮化硼纳米管的生长机理为典型的VLS。

关键词： bnnts CaO助催化剂合成表征

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氮化硼纳米管的分散及其机理探究

中国陶瓷 2013年第12期49卷 19-23页

作者：曾小军刘维良班晓磊武安华景德镇陶瓷学院景德镇333001 中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

本文以油酸铵、聚乙烯亚胺（PEI）为分散剂有效分散了氮化硼纳米管（bnnts）。研究了表面活性剂浓度，pH值以及超声时问对bnnts分散效果的影响；采用pH值测试仪，Zeta电位仪，傅里叶红外光谱仪，扫描电镜，透射电镜等手段对分散后的BNNT... 详细信息

本文以油酸铵、聚乙烯亚胺（PEI）为分散剂有效分散了氮化硼纳米管（bnnts）。研究了表面活性剂浓度，pH值以及超声时问对bnnts分散效果的影响；采用pH值测试仪，Zeta电位仪，傅里叶红外光谱仪，扫描电镜，透射电镜等手段对分散后的bnnts进行了表征。结果表明：PEI比油酸铵的分散效果更佳，PEI和油酸铵最佳使用量分别为1．5％和5％，最佳pH值范围分别为5～7和8～9，最佳超声时间分别为0．5h和1h。PEI分散bnnts的机理为静电稳定和空间位阻稳定机理，油酸铵分散bnnts的机理仅有静电稳定机理。

关键词： bnnts 表面活性剂分散

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多孔不锈钢板上制备氮化硼纳米管阵列

多孔不锈钢板上制备氮化硼纳米管阵列

作者：冯佳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着纳米材料研究的不断深入,氮化硼纳米管(Boron Nitride Nanotubes,bnnts)以其独特的性质而受到国内外研究人员的广泛关注。bnnts作为一种宽禁带半导体,具有不受原子结构影响的稳定电学性质,此外,bnnts还具有稳定的化学性质、抗氧化... 详细信息

随着纳米材料研究的不断深入,氮化硼纳米管(Boron Nitride Nanotubes,bnnts)以其独特的性质而受到国内外研究人员的广泛关注。bnnts作为一种宽禁带半导体,具有不受原子结构影响的稳定电学性质,此外,bnnts还具有稳定的化学性质、抗氧化性、热稳定性、高热导率、良好的机械强度等,bnnts的这些优良特性,使其在微纳器件、复合材料、气体存储等方面展露出广阔的应用前景。但目前bnnts的制备方法大都存在着条件苛刻、设备要求度高、产物产量低、纯度低等问题,而且制备出的纳米管往往分布杂乱、取向不一,这极大程度上阻碍了纳米管的性质研究和应用探索。因此,本文前期探索bnnts的有效制备,再以此为依据,探索取向一致的纳米管阵列的有效制备方法。本论文对目前国内外关于bnnts和定向取向纳米管组成的BNNAs(Boron Nitride Nanotube Arrays,BNNAs)的研究进展进行了详细的综述,并提出了以多孔不锈钢板为模板辅助球磨退火法制备BNNAs的实验方案。依据实验方案,第一阶段探索球磨退火法制备bnnts的工艺条件,选用无定形硼粉、九水硝酸铁、氮氢混合气为原料,以314奥氏体不锈钢板为模板退火后,获得大块的白色粉体材料,经表征产物是结晶度较高的竹节状bnnts,纳米管的管长范围约为2μm,管径范围约为7500 nm。第二阶段,利用电化学腐蚀制备BNNAs生长所需的多孔不锈钢板基板,并分析直流电压大小、电解液浓度、腐蚀时间等实验参数对腐蚀结果的影响。根据实验结果,发现随着直流电压或电解液浓度的增加,不锈钢板表面的孔径逐渐增大,孔洞逐渐加深,但电压过大或浓度过高时,孔洞逐渐被溶解,规则的孔状结构被破坏。同时,随着电化学腐蚀反应时间的延长,孔的深度不断加深,但当腐蚀时间过长时,孔状结构同样发生被溶解的状况。结合前两个阶段实验结论,采用多孔不锈钢板辅助的球磨退火法制备BNNAs,与第一阶段制备bnnts的原料配比相同,球磨18 h后,加入乙醇制备硼涂料,涂覆于多孔不锈钢板上放在氮氢混合气、1150℃的条件下进行退火反应,最终在多孔不锈钢板上发现有白色薄膜状物质生成。对产物进行表征分析,发现获得的产物是取向一致、分布密度较高的BNNAs,经进一步的表征,观察到构成阵列的纳米管是结晶度较高的竹节状bnnts。

关键词： bnnts BNNAs 电化学腐蚀多孔不锈钢板球磨退火法

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氮化硼纳米管的制备与表面修饰研究

氮化硼纳米管的制备与表面修饰研究

作者：钱琼丽武汉工程大学

学位级别：硕士

氮化硼纳米管(bnnts)在很多方面(例如:电学性质、力学性质、磁学性质)表现出了优良的性能。由于bnnts独特的特性,其有着潜在的应用前景,近年来,学者们对bnnts的研究也成为了一个热点。本文先就bnnts的结构、性质、制备方法(包括:机械球... 详细信息

氮化硼纳米管(bnnts)在很多方面(例如:电学性质、力学性质、磁学性质)表现出了优良的性能。由于bnnts独特的特性,其有着潜在的应用前景,近年来,学者们对bnnts的研究也成为了一个热点。本文先就bnnts的结构、性质、制备方法(包括:机械球磨退火法、含硼前驱体CVD法、激光烧蚀法、电弧放电法和模板法)、表面修饰方法和应用等方面进行了文献综述。本文首先采用自蔓延法(SHS)合成大批量Fe颗粒充填bnnts,再采用SHS退火法合成了大批量的竹节状bnnts,最后初步探究了 bnnts表面修饰的方法,为bnnts的进一步功能化提供理论和技术支持。主要结果如下:1、以FeB1.3、NH4CI、Mg和Fe203作为原料,引用了很简便的球磨加自蔓延的方法制备了大批量的Fe颗粒充填bnnts。测试结果表明:所得bnnts在有外加磁场的条件下,表现出铁磁性。产物的外径大约在20～150 nm之间,壁厚大约为20 nm长度超过5 μm。bnnts产率高达133.94%,其中Fe的含量大约为38.4wt%。并提出了,Fe颗粒充填bnnts可能的化学反应机制。2、首先通过SHS法,在自蔓延反应炉内,以CaB6和Fe2O3为原料,氩气作为保护气体,生成多孔前驱体。在正常压力和氨气气氛下,对前驱体进行退火,制备出了大量的竹节状多壁氮化硼纳米管(MW-bnnts)。测试结果表明:所得bnnts为竹节状,结晶程度很高,平均长度大约为10 μm,外径大约为60 nm,内径大约为20 nm,纳米管的含量接近80wt%。基于实验结果,本论文提出了四种催化剂气液固(VLS)生长机理,同时,也提出了化学反应机理和退火机理。3、探索了一种化学法表面氨基官能团修饰bnnts的新方法,使得bnnts的表面产生可进一步修饰的官能团,为bnnts的进一步功能化提供理论和技术支持。通过HF处理bnnts,使得-NH/NH2和含F官能团被成功接枝在bnnts表面上,bnnts形貌没有受到破坏。另外提出的酸刻蚀的反应机制能够很好解释bnnts经酸刻蚀表面接枝上-NH/NH2和F官能团的反应过程。

关键词： bnnts 铁颗粒充填竹节状表面修饰