日前，中科院金屬所沈陽材料科學國家(聯合)實驗室(SYNL)先進炭材料研究部博士研究生陳志剛在其導師成會明研究員和澳大利亞昆士蘭大學逯高清教授的共同指導下，和SYNL的磁性材料與磁學研究部及固體原子像研究部等合作，在國家自然科學基金委等資助下，采用一種新的流動催化劑法，在含氮氣氛中獲得前軀體并經氨氣催化反應制備出高純度鐵顆粒周期性填充于管內的竹節(jié)狀氮化硼納米管。該制備方法具有產物純度高、可控性好以及易于實用化等優(yōu)點，為氮化硼納米管的深入研究奠定了基礎。該研究結果已于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構，其中六方氮化硼類似于石墨的層狀結構，其晶胞參數和石墨的晶胞參數幾乎相同。因此，氮化硼也可以像碳那樣形成納米管狀結構。理論研究和實驗證明氮化硼納米管具有寬能隙(約為5.5 eV)的半導體特征，電學性能明顯不同于碳納米管，特別是其電學性能與其直徑和手性無關。氮化硼納米管作為寬帶隙材料具有優(yōu)異的物理性質和良好的化學惰性，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：竹節(jié)狀氮化硼納米管為高結晶性的六方氮化硼；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構均一、類似竹節(jié)狀物所構成；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)點處，管內填充的鐵顆粒為α-Fe，化學惰性的氮化硼包裹在α-Fe外部，同時串聯鏈接成周期性結構。這種奇異的結構為研究一維納米結構的磁學和發(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度為160 emu/g，遠高于目前報道的氮化硼包裹的鐵磁性納米膠囊；同時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)現這種高結晶態(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)光特性預示出可組裝成為單個發(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半導體和鐵耦合的單磁疇提供了一種理想的結構單元，而且為制作高可靠性磁學器件、發(fā)光元件與電路提供了一種理想的結構單元。