二茂铁/镍对硼吖嗪转化氮化硼结晶性的影响及其机理研究

摘要

硼吖嗪（B3H3N3H3）是氮化硼（BN）陶瓷的一种优良先驱体，其热解转化BN的结晶性受热解温度影响较大。当热解温度较低时（低于1200℃），BN的结晶性较差，导致其高温抗氧化能力不佳，限制了先驱体热解转化BN陶瓷及其复合材料的应用。本文在硼吖嗪热解转化BN的基础上，将硼吖嗪溶解不同含量金属茂（二茂铁、二茂镍）进行交联热解，研究金属纳米颗粒对BN结晶性的影响，发现当金属茂的含量在2wt.％左右时，BN结晶性显著提高。
　　研究了硼吖嗪热解转化 BN的结晶机理。聚硼吖嗪经1000℃温度热解即可完成无机化过程转化为BN，其结构主要为无定形态；1200℃的热解产物主要为六方氮化硼（h-BN）的过渡态称之为湍层氮化硼（t-BN）；1400℃和1600℃热解产物为h-BN，且随着热解温度的升高h-BN的结晶性不断提高。讨论了BN的结晶机理：首先，无定形态BN中的B、N原子迁移重排形成具有h-BN层状结构的原子团簇，在适当条件下原子团簇越过形核势垒，以固相均质形核的方式析出h-BN晶核；然后，母相原子在晶核的结构基础上定向堆积，完成晶体的生长。
　　研究了溶解有金属茂的硼吖嗪热解转化BN的结晶机理。1200℃热解后，二茂铁分解形成Fe纳米颗粒；二茂镍分解形成Ni纳米颗粒；硼吖嗪转化为BN。当金属茂含量在2wt.%左右时：（1）XRD谱图显示，h-BN的结晶性明显提高。（2） TEM图像显示，热解产物形成类似洋葱结构的核壳结构。其外部壳结构为结晶良好的片状h-BN，壳层厚度约10nm；内部核结构分别为球形Fe纳米颗粒和Ni纳米颗粒，粒径约为20nm。讨论了金属纳米颗粒提高BN结晶性的机理：金属纳米颗粒表面活性高，可以成为有效的异质形核基底，降低了晶核形成过程的核化势垒，使母相易于形成h-BN晶核，提高了形核率；此外，纳米级的金属颗粒在高温时以液态或者准液态的形式存在，可以溶解B原子及N原子，为无规则的B、N原子提供迁移通道，使无定形BN在金属纳米颗粒周围逐渐规整化形成h-BN层状结构。

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第一章 绪论

1.1 氮化硼的概述

1.2 六方氮化硼陶瓷材料的抗氧化性能

1.3 金属提高无机非金属材料结晶性的研究

1.4 论文选题依据和主要研究内容

第二章 实验研究方法

2.1 实验原料及设备

2.2 实验过程

第三章 硼吖嗪转化氮化硼的结晶机理研究

3.1 硼吖嗪的交联和热解过程

3.2 硼吖嗪热解产物分析

3.3 温度对氮化硼结晶性的影响

3.4 高温促进氮化硼结晶的机理研究

3.5 本章小结

第四章 硼吖嗪溶解金属茂转化氮化硼的结晶机理研究

4.1 硼吖嗪溶解金属茂交联固化

4.2 金属茂热解产物分析

4.3 金属纳米颗粒对氮化硼结晶性的影响

4.4 金属纳米颗粒促进氮化硼结晶的机理研究

4.5 本章小结

结束语

1、硼吖嗪热解转化BN的机理研究

2、溶解有金属茂的硼吖嗪热解转化BN的机理研究

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果