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天大等在立方氮化硼合成方面取得重要进展

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来源: 作者: 2019-05-17 02:06:07

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近日,天津大学新能源材料研究所与河北工业大学微纳氮化硼材料重点实验室密切合作,在立方氮化硼合成方面取得重要进展,研究论文“Photochemical Synthesis of Ultrafine Cubic Boron Nitride Nanoparticles at Ambient Conditions”发表在化学顶级期刊《德国应用化学》上,并被选为热门论文 (DOI: 10.1002/anie.R1)。

立方氮化硼是一种高硬度材料,且硬度随着尺寸减小而急剧上升,被广泛应用于刀具材料、耐磨材料和高温领域。但立方氮化硼只在高压下才保持稳定,合成立方氮化硼通常需要极高的压力(数十万个大气压)、极高的温度(1000到2000摄氏度)和很长的时间(几小时到几天),目前合成的最小立方氮化硼粒径为14纳米。

天津大学杜希文研究组在激光合成材料领域取得了多项开创性成果,率先实现了长脉宽激光可控合成纳米材料(Angew. Chem. Int . Ed. 2015,54, 秋季吃南瓜大有益处
1, Nat. Commun. 2013, 4, 1695, Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 123 , 4185, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9814,)。河北工业大学唐成春研究组成功实现了氮化硼基新材料的绿色合成、性能探索以及运用开发。基于各自的优势,双方合作开展激光合成立方氮化硼研究,尝试了多种工艺路线和材料体系,终究利用激光辐照氨硼烷溶液,在常温常压下合成超细(3.5 nm)立方氮化硼纳米颗粒。研究发现,一个氨硼烷份子可以三个极性溶剂分子结合形成一个基元,该基元可以同时吸收四个激光光子,并将能量传递到氨硼烷份子上,破坏其化学键,实现完全脱氢。在强烈激光作用下,溶液中产生大量氮化硼份子,引发氮化硼颗粒的爆发式形核,从而获得超细的氮化硼颗粒。超细纳米颗粒的大曲率半径会产生额外的表面压力,使立方相在室温下稳定存在,最终得到了立方氮化硼颗粒。

该工作取得了如下突破:1)首次报导了室温常压下合成立方氮化硼,并且合成速度极快,整个过程只需要10分钟。2)首次合成了超细立方氮化硼颗粒,尺寸只有3.5纳米,预计其硬度应达到目前材料的最高值。3)实现了氨硼烷的一步快速彻底脱氢,为储氢材料的快速放氢提供了新工艺。

此项研究得到了国家自然科学基金(,,)的支持。

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