利用热力学方法确定BNNTs生长的气相组成
化学物理
2019-05-30 v2
摘要
最近多篇文献报道了高质量氮化硼纳米管（BNNTs）的高产率制备。在富氮气氛中，通过激光或等离子体蒸发富硼材料，以提供BNNTs成核与生长的前驱气态物种。为实现合成纳米管的高产率与高纯度，系统中要么添加氢气，要么提高压力。根据被广泛接受的“根部生长”机制，气体冷却时先形成硼液滴，随后其从周围气态物种吸附氮，BNNTs在其表面生长。然而，提供氮以供生长的前驱物种究竟是什么仍是一个开放问题。为回答该问题，我们考虑广泛的气体物种集合，对B-N混合物组成进行了热力学计算。在以往研究基础上，现计入硼的冷凝，并表明其对气体化学组成有剧烈影响。B2N分子被确定为BNNTs生长中氮的主要来源。我们在富硼靶材的氮气氛激光烧蚀过程中，通过光谱测量验证了B-N气体混合物中B2N分子的存在。研究表明，压力增大对混合物组成有定量效应，使前驱体密度增加。加氢可能开辟额外的氮供应通道以支持BNNTs生长。氮原子与大量H2分子反应生成NH2进而生成NH3前驱物种，而非如无助氢情形下仅复合回惰性的N2分子。此外，将热力学与团聚理论结合，预测了BNNTs生长时硼液滴的尺寸。推导了用于识别关键物种密度的解析关系。
引用
@article{arxiv.1810.09586,
title = {Determining Gas Composition for Growth of BNNTs Using Thermodynamic Approach},
author = {Alexander Khrabry and Igor D. Kaganovich and Shurik Yatom and Vlad Vekselman and Jelena Radić-Perić and John Rodman and Yevgeny Raitses},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.09586},
year = {2019}
}