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《先进功能材料》—陈志刚成会明逯高清—竹节状氮化硼纳米管 |
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铁颗粒周期性填充的竹节状氮化硼纳米管形貌及其磁性性能
日前，中科院金属所沈阳材料明升体育app国家(联合)实验室(SYNL)先进炭材料研究部博士研究生陈志刚在其导师成会明研究员和澳大利亚昆士兰大学逯高清教授的共同指导下，和SYNL的磁性材料与磁学研究部及固体原子像研究部等合作，在国家自然明升体育app基金委等资助下，采用一种新的流动催化剂法，在含氮气氛中获得前躯体并经氨气催化反应制备出高纯度铁颗粒周期性填充于管内的竹节状氮化硼纳米管。该制备方法具有产物纯度高、可控性好以及易于实用化等优点，为氮化硼纳米管的深入研究奠定了基础。该研究结果已于10月4日在线发表于《先进功能材料》（Adv Func Mater）(Z. G. Chen等，Growth of Magnetic Yard-Glass Shaped Boron Nitride Nanotubes with Periodic Iron Nanoparticles)。
氮化硼具有和石墨或金刚石类似的结构，其中六方氮化硼类似于石墨的层状结构，其晶胞参数和石墨的晶胞参数几乎相同。因此，氮化硼也可以像碳那样形成纳米管状结构。理论研究和实验证明氮化硼纳米管具有宽能隙(约为5.5 eV)的半导体特征，电学性能明显不同于碳纳米管，特别是其电学性能与其直径和手性无关。氮化硼纳米管作为宽带隙材料具有优异的物理性质和良好的明升手机惰性，是制作高可靠性电子器件、超紫外短波发光器件的理想材料之一。
初步的研究结果显示，铁颗粒周期性填充的竹节状氮化硼纳米管具有以下特点：竹节状氮化硼纳米管为高结晶性的六方氮化硼；相对于单一竹节状纳米管，铁颗粒周期性填充的竹节状氮化硼纳米管的每一根管均由结构均一、类似竹节状物所构成；每一节的长度为1微米左右。铁颗粒周期性填充于每一段的节点处，管内填充的铁颗粒为α-Fe，明升手机惰性的氮化硼包裹在α-Fe外部，同时串联链接成周期性结构。这种奇异的结构为研究一维纳米结构的磁学和发光特性提供了良好的载体。研究表明这种新型的纳米管饱和磁化强度为160 emu/g，远高于目前报道的氮化硼包裹的铁磁性纳米胶囊；同时这种新型的纳米管具有较低的矫顽力(10 Oe)和较好的稳定性，经过200摄氏度热处理和酸处理后其磁性未发生变化。通过阴极射线发光研究单根竹节状氮化硼纳米管，发现这种高结晶态的竹节状氮化硼纳米管具有均一的室温发光特性，在紫外区3.75 eV和3.40 eV观测到极强的超紫外发光和在1.78 eV和2.35 eV观测到红光和绿光发光，这种源于缺陷位的稳定发光特性预示出可组装成为单个发光元件的前景。
铁颗粒周期性填充的竹节状氮化硼纳米管不仅为理解与研究单个半导体和铁耦合的单磁畴提供了一种理想的结构单元，而且为制作高可靠性磁学器件、发光元件与电路提供了一种理想的结构单元。
