日前，中科院金屬所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗(yàn)室(SYNL)先進(jìn)炭材料研究部博士研究生陳志剛在其導(dǎo)師成會(huì)明研究員和澳大利亞昆士蘭大學(xué)逯高清教授的共同指導(dǎo)下，和SYNL的磁性材料與磁學(xué)研究部及固體原子像研究部等合作，在國家自然科學(xué)基金委等資助下，采用一種新的流動(dòng)催化劑法，在含氮?dú)夥罩蝎@得前軀體并經(jīng)氨氣催化反應(yīng)制備出高純度鐵顆粒周期性填充于管內(nèi)的竹節(jié)狀氮化硼納米管。該制備方法具有產(chǎn)物純度高、可控性好以及易于實(shí)用化等優(yōu)點(diǎn)，為氮化硼納米管的深入研究奠定了基礎(chǔ)。該研究結(jié)果已于10月4日在線發(fā)表于Adv Func Mater(Z. G. Chen等, Growth of Magnetic Yard-Glass Shaped Boron Nitride Nanotubes with Periodic Iron Nanoparticles)。

        
鐵顆粒周期性填充的竹節(jié)狀氮化硼納米管形貌及其磁性性能

    氮化硼具有和石墨或金剛石類似的結(jié)構(gòu)，其中六方氮化硼類似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，其晶胞參數(shù)和石墨的晶胞參數(shù)幾乎相同。因此，氮化硼也可以像碳那樣形成納米管狀結(jié)構(gòu)。理論研究和實(shí)驗(yàn)證明氮化硼納米管具有寬能隙(約為5.5 eV)的半導(dǎo)體特征，電學(xué)性能明顯不同于碳納米管，特別是其電學(xué)性能與其直徑和手性無關(guān)。氮化硼納米管作為寬帶隙材料具有優(yōu)異的物理性質(zhì)和良好的化學(xué)惰性，是制作高可靠性電子器件、超紫外短波發(fā)光器件的理想材料之一。

    初步的研究結(jié)果顯示，鐵顆粒周期性填充的竹節(jié)狀氮化硼納米管具有以下特點(diǎn)：竹節(jié)狀氮化硼納米管為高結(jié)晶性的六方氮化硼；相對于單一竹節(jié)狀納米管，鐵顆粒周期性填充的竹節(jié)狀氮化硼納米管的每一根管均由結(jié)構(gòu)均一、類似竹節(jié)狀物所構(gòu)成；每一節(jié)的長度為1微米左右。鐵顆粒周期性填充于每一段的節(jié)點(diǎn)處，管內(nèi)填充的鐵顆粒為α-Fe，化學(xué)惰性的氮化硼包裹在α-Fe外部，同時(shí)串聯(lián)鏈接成周期性結(jié)構(gòu)。這種奇異的結(jié)構(gòu)為研究一維納米結(jié)構(gòu)的磁學(xué)和發(fā)光特性提供了良好的載體。研究表明這種新型的納米管飽和磁化強(qiáng)度為160 emu/g，遠(yuǎn)高于目前報(bào)道的氮化硼包裹的鐵磁性納米膠囊；同時(shí)這種新型的納米管具有較低的矯頑力(10 Oe)和較好的穩(wěn)定性，經(jīng)過200攝氏度熱處理和酸處理后其磁性未發(fā)生變化。通過陰極射線發(fā)光研究單根竹節(jié)狀氮化硼納米管，發(fā)現(xiàn)這種高結(jié)晶態(tài)的竹節(jié)狀氮化硼納米管具有均一的室溫發(fā)光特性，在紫外區(qū)3.75 eV和3.40 eV觀測到極強(qiáng)的超紫外發(fā)光和在1.78 eV和2.35 eV觀測到紅光和綠光發(fā)光，這種源于缺陷位的穩(wěn)定發(fā)光特性預(yù)示出可組裝成為單個(gè)發(fā)光元件的前景。

    鐵顆粒周期性填充的竹節(jié)狀氮化硼納米管不僅為理解與研究單個(gè)半導(dǎo)體和鐵耦合的單磁疇提供了一種理想的結(jié)構(gòu)單元，而且為制作高可靠性磁學(xué)器件、發(fā)光元件與電路提供了一種理想的結(jié)構(gòu)單元。