本發(fā)明屬于磁性材料相關(guān)的，具體涉及氮化硼納米管相關(guān)的催化摻雜生長(zhǎng)技術(shù)。

背景技術(shù)：

1、層狀結(jié)構(gòu)納米管呈現(xiàn)高度的各向異性，是準(zhǔn)一維量子態(tài)結(jié)構(gòu)。具備高于室溫的鐵磁居里溫度的納米管，同時(shí)利用電子的電荷屬性和自旋屬性，在寬溫度范圍內(nèi)，成為自旋電子器件的理想材料。氮化硼具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及高導(dǎo)熱性和中子探測(cè)等優(yōu)異的性能。氮化硼納米管(bnnts)與碳納米管有相似晶體結(jié)構(gòu)。碳納米管的碳原子主要以sp2雜化為主，同時(shí)具有sp2和sp3混合雜化的化學(xué)鍵，形成高度離域化的大π鍵，能帶帶隙隨直徑和手性的變化，表現(xiàn)從金屬到半導(dǎo)體變化。在氮化硼中，n和b為sp2雜化，但n的電負(fù)性遠(yuǎn)高于b，電子云向n收縮，形成高度局域化的大π鍵，導(dǎo)致大的帶隙，與管的直徑、手性和管壁的數(shù)量無關(guān)，并導(dǎo)致材料的電絕緣性。在已制備的氮化硼納米管，都是寬帶隙(5.5ev左右)的絕緣體。通過雜質(zhì)元素在氮化硼納米管晶格中摻雜，改變納米管電子結(jié)構(gòu)，減少能帶帶隙，產(chǎn)生自發(fā)鐵磁有序，利用電子的自旋屬性，將成為自旋器件優(yōu)良載體。

2、目前人們利用摻雜對(duì)六方氮化硼的磁學(xué)特性進(jìn)行了研究，研究工作都是以六方氮化硼片、帶和顆粒狀為主。如由空位、氟、碳、氧、na摻雜六方氮化硼片或帶狀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出室溫及以上居里溫度鐵磁性。人們?cè)阼F磁性氮化硼納米管研究中，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)氮化硼納米管表面氟化，或包覆其它金屬，能夠產(chǎn)生鐵磁性。而在氮化硼納米管晶格中通過雜質(zhì)摻雜，產(chǎn)生鐵磁性，只是在理論預(yù)測(cè)方面有公開報(bào)道。

3、本發(fā)明基于氮化硼納米管的前驅(qū)物硼酸氨稀土離子摻雜合成，利用可控氣氛和高溫催化技術(shù)制備釤sm離子摻雜六方氮化硼納米管，sm離子即起到催化生長(zhǎng)作用，也摻雜到晶格中，改變電子結(jié)構(gòu)，能帶間隙減小到3.0ev左右，鐵磁居里溫度達(dá)到700k以上高溫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種高溫催化摻雜制備高居里溫度鐵磁性氮化硼納米管方法，

2、分為4部分，1)配制待反應(yīng)液；2)釤sm離子摻雜硼酸胺前驅(qū)物合成；3)氮化硼催化和摻雜制備；4)提取氮化硼納米管；

3、具體步驟如下：

4、1.配制待反應(yīng)溶液

5、準(zhǔn)備硼酸h3bo3、醋酸釤sm(c2h3o2)3·4h2o和聚乙烯吡咯烷酮(c6h9no)n，pvp三種化合物,用去離子水配制0.005mol/l的硼酸溶液,通過磁攪拌，形成硼酸澄清水溶液；計(jì)量醋酸釤化合物中sm元素，醋酸釤中釤sm離子與硼酸中硼b離子的摩爾比控制在0.05-0.12:1之間,添加至硼酸澄清水溶液，攪拌成透明的溶液；按照0.1mg/l加入聚乙烯吡咯烷酮pvp,將ph值調(diào)至6.1-6.2，配制溶液,該溶液為制備釤sm離子摻雜硼酸胺的待反應(yīng)溶液；

6、2.釤sm離子摻雜硼酸胺前驅(qū)物合成

7、合成化學(xué)反應(yīng)在u型合成裝置內(nèi)完成,u型合成裝置的兩端口分別是反應(yīng)物質(zhì)入口端，和尾氣排出端；反應(yīng)物質(zhì)入口端的頂部分布兩個(gè)接口,分別連接螺旋結(jié)構(gòu)反應(yīng)室；u型合成裝置底部連接收集容器,裝置內(nèi)部完全密閉,合成裝置外壁為密閉雙層結(jié)構(gòu),作為恒溫液體通路；反應(yīng)物質(zhì)入口端頂部的兩個(gè)接口，分別為兩種氣化物質(zhì)入口,兩種物質(zhì)在螺旋結(jié)構(gòu)反應(yīng)室完成化學(xué)反應(yīng)；

8、合成過程中，霧化待反應(yīng)液從反應(yīng)物質(zhì)入口端的一接口通入反應(yīng)室，另一接口通入氨氣；超聲霧化待反應(yīng)液至1-5μm微滴，霧化待反應(yīng)液和氨氣通入速率相同，控制在25-35ml/min，尾氣排放壓力0.2-0.5mpa；排氣量為0.1-0.5m3/min；在55-70℃溫度范圍內(nèi)恒溫控制；霧化的待反應(yīng)液和氨氣在螺旋結(jié)構(gòu)反應(yīng)室內(nèi)化學(xué)合成，反應(yīng)生成物收集在底部收集容器；將反應(yīng)生成物在60-80℃下真空干燥，得到白色顆粒物質(zhì)；該物質(zhì)為釤sm離子摻雜硼酸胺nh4b5o8·4h2o:sm，做為制備氮化硼的前驅(qū)物；

9、3.氮化硼催化和摻雜制備

10、利用高溫管式爐為實(shí)驗(yàn)提供高溫環(huán)境，將制備好的釤sm離子摻雜硼酸胺前驅(qū)物置于氮化硼瓷舟中，將管式爐中的剛玉管和法蘭進(jìn)行有效封閉；使用真空泵抽成1х10-3pa真空狀態(tài)，然后通入氨氣，氨氣純度為99.999％；氨氣流量控制在30-40ml/min；管式爐以每分鐘3-5℃速率緩慢升溫至1550-1650℃，保溫3-5小時(shí)；之后以每分鐘3-5℃速率緩慢降溫至15-30℃室溫；獲得的合成物質(zhì)為釤sm離子摻雜六方氮化硼h-bn片與管的混合物；

11、4.提取氮化硼納米管

12、釤sm離子摻雜六方氮化硼片與管的混合物浸泡在36％鹽酸與乙醇1:1-1.5比例的鹽酸乙醇溶液，時(shí)間7-10天；浸泡后的物質(zhì)用去離子水3次清洗后，100-150℃真空烘干樣品，樣品置于乙醇溶液中超聲，取容器中部1/3-2/3處溶液，冷凍干燥得到釤sm離子摻雜氮化硼納米管樣品。

13、所述獲得的氮化硼納米管，直徑30-60nm之間，長(zhǎng)度20—1000μm，釤sm離子在氮化硼納米管中含量在0.40-1.60at.％之間，釤sm離子替代氮化硼納米管晶格中部分b離子，的鐵磁性居里溫度在447-477℃之間，飽和磁化強(qiáng)度2.00-5.00memu?g-1之間，光學(xué)帶隙2.8-3.5ev。

14、該方法制作的氮化硼納米管可以模擬人工突觸單元。

15、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，該氮化硼納米管，具有鐵磁性居里溫度達(dá)427℃以上，(4)

16、高溫度鐵磁性氮化硼納米管，滿足自旋器件領(lǐng)域?qū)τ诟邷丨h(huán)境的需求；光學(xué)帶隙2.8-3.5ev；能夠?qū)崿F(xiàn)人工突觸的基本特征：興奮性突觸后電流epsc、成對(duì)脈沖易化ppf和高通濾波；該制備方法能夠滿足批量生產(chǎn)的要求。

技術(shù)特征：

1.一種高溫催化摻雜制備高居里溫度鐵磁性氮化硼納米管方法，其特征在于，包括如下具體步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的高溫催化摻雜制備高居里溫度鐵磁性氮化硼納米管方法獲得的氮化硼納米管，其特征在于，直徑30-60nm之間，長(zhǎng)度20—1000μm，釤sm離子在氮化硼納米管中含量0.40-1.60at.％之間，釤sm離子替代氮化硼納米管晶格中部分b離子，鐵磁性居里溫度在447-477℃之間，飽和磁化強(qiáng)度2.00-5.00memu?g-1之間，光學(xué)帶隙2.8-3.5ev。

3.如權(quán)利要求2所述的高溫催化摻雜制備高居里溫度鐵磁性氮化硼納米管方法獲得的氮化硼納米管用于模擬人工突觸單元。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高溫催化摻雜制備高居里溫度鐵磁性氮化硼納米管方法，操作步驟為，1）配制待反應(yīng)液；2）Sm離子摻雜硼酸胺前驅(qū)物合成；3）氮化硼催化和摻雜制備；4）提取氮化硼納米管。所述獲得的氮化硼納米管，直徑30?60?nm之間，長(zhǎng)度20—1000微米，Sm離子在氮化硼納米管中含量在0.40?1.60?at.%之間，鐵磁性居里溫度在720?750K之間，飽和磁化強(qiáng)度2.00?5.00?memu?g?1之間，光學(xué)帶隙2.8?3.5?eV。該氮化硼納米管可以模擬人工突觸單元。該制備方法能夠滿足批量生產(chǎn)的要求。

技術(shù)研發(fā)人員：張可為,陳茜,張明喆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28