BN纳米管——一种新型的纳米材料.pdf

BN纳米管———一种新型的纳米材料3

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纳米管的最新进展,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———ANEWNANOSCALEMATERIAL

XINGGuang2JianCHENGuang2Hua
(KeyLaboratoryofAdvancedFunctionalMaterialsMinistryofEduction;SchoolofMaterialsScienceandEngineering,
BeijingPolytechnicUniversity,Beijing100022,China)

AbstractRecentprogressonBNnanotubesisreviewedbriefly.ThestructureofBNnanotubesandthedevelop2
mentofsynthetictechnologies,includingarcdischarge,arc2melting,laserablation,ballmilling,carbonnanotube
substitutedreactionsandchemicalreactionmethodsaredescribed.Themechanicalandelectricpropertiesofthese
nanotubesarediscussed,andtheprospectsforapplicationandfuturedevelopmentareoutlined.
KeywordsBNnanotubes,structure,synthesis,application

电性质外,C-NTs还有非凡的力学性质.理论计算
1前言表明,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-
自从1991年S.Iijima[1]制备出碳纳米管(CarbonNTs的强度估计为钢的100倍,而比重却只有钢的
nanotubes,以下称作C-NTs)后,世界上许多科学工1P6.人们估计C-NTs作为力学材料的前景是十分
作者都被这种不寻常的中空碳原子的排列结构及其乐观的.当然,C-NTs还有其他独特的物理、化学性
呈现出的各种独特性质所吸引,并从事这方面的研质.
究工作.经过近几年的研究,人们用各种方法合成出人们在研究C-NTs的同时,也对碳相关化合
了各种C-NTs,并对其结构和各种物理化学性质进物材料发生了极大的兴趣.由于BN和C在性质上
[1—3]
行了详细的测量和研究,发现C-NTs是由石墨的相似之处,特别是h-BN具有石墨结构,并且理
的碳原子层卷曲成的径向尺寸很小的碳管.管的直论上块体结构中有层状结构的都有可能形成纳米管
径一般在几个纳米到几十个纳米,而管壁的厚度仅和富勒烯结构,因此研究者试图把BN层像C层一
为几个纳米.电子在C-NTs内的运动在径向受到样卷曲起来,以形成BN纳米管(BNnanotubes,以下
限制,表现出典型的量子限制效应,而在管的轴向,称作BN-NTs).在1995年,美国的NasreenG.Chop2
它却具有几十微米的长度,电子在此方向上的运动ra[4]等人用等离子体电弧放电的方法,首次合成了
不受任何限制,可以认为C-NTs是天然的一维量BN-NTs.此后,研究者又发展了各种方法来制备
子线.C-NTs的物理性质与它的结构密切相关,就BN-NTs和纳米囊等,并在制备出的基础上研究了
导电性而言,C-NTs可以是金属性的,也可以是半其结构和特性等.
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
3国家自然科学基金(批准号:69876003;19874007)资助项目;北京
导电性质,而在两处不同的导电性质部分的交接处市自然科学基金(批准号:2982013)资助项目
会形成一个异质结,具有整流的作用.除了奇特的导2001-06-22收到初稿,2001-08-03修回
31卷(2002年)3期·151·

©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.
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B