新型硼素纳米材料制备项目简介
项目简介：项目团队开展无机纳米碳化硼、氮化硼的小试、中试以及应用研究。该团队具有自蔓延前驱体-化学气相沉积（SHS-CVD）法的自主知识产权。其项目产品作为新型功能性材料，能使改性材料满足增强、增韧、耐高温、抗氧化、高导热等优异性质，应用于高端领域市场。团队项目纳米-超细级碳化硼自蔓延法中试工程已列为武汉市科技局关键技术攻关项目。
一、项目负责人简介
本项目负责人谷云乐教授，毕业于中国科学技术大学，获得无机化学专业理学博士学位。先后在中国科学技术大学、台湾大学和暨南大学任职。现任武汉工程大学材料科学与工程学院教授、兼职武汉理工大学博士生导师，从事无机化学和材料科学与工程专业高等教育和科学研究工作，承担完成多项国家自然科学基金重点项目和省重点科技项目，在无机合成和纳米材料研究领域做出了重要贡献。在国际著名学术刊物发表SCI检索学术研究论文80余篇，他人引用1000余次；研究成果受到国内外同行专家公认，担任十几种国际SCI学术刊物的论文评审，是美国纳米学会会员。2013年入选南京市“321计划”人才计划，获“南京市领军型科技创业人才”称号。获得授权中国发明专利20多项，成果应用10余项。
二、项目简介
2.1 项目内容
氮化硼（BN）纳米管是一种新型纳米功能材料，强度约为1000倍于钢铁的强度，具有宽禁带、耐高温、抗氧化、高导热性等优异性质。作为基础材料，在新材料开发和机械制造、化工环保、生物医疗和医药、电子电器等应用领域前景看好。
该项目BN纳米管产品的生产流程包括：（1）前驱体制备，（2）前驱体催化CVD法制备BN纳米管，（3）粗产物的提纯与检测，（4）催化剂回收等内容。在工艺集成和批量生产设备技术方面，具有重要的创新和独到的革新，该生产技术目前处于国际领先水平，拥有授权发明专利和自主知识产权。
2.2 成果来源及知识产权情况
本项目来源于2008年度湖北省教育厅科研计划重点项目和高校产学研合作项目，2011年通过省教育厅专家组结题验收，获得相关发明专利授权11项，拥有自主知识产权，具有商品化产品大量制备技术。
2.3 技术或工艺特点，与现有技术或工艺比较所具有的优势
本项目BN纳米管产品的生产，与同行研究组或单位相比，产品和技术水平国际领先，主要表现在：
（1）其核心和关键技术包括SHS法前驱体技术、CVD法气固相反应合成控制技术、批量生产用的设备技术，都具有重要的创新或独到的革新，并且拥有自主知识产权；
（2）在工艺技术路线优势方面，SHS-CVD法批量制备BN纳米管工艺路线为首创；
（3）在生产设备方面，特型SHS设备和经过结构改造设计的间歇/连续式卧式管式炉相结合，应用于BN纳米管批量制备，完全可以满足本项目小批量生产的技术要求。
2.4 已完成的研究开发工作及中试情况
本项目已完成实验室中试千克量级的制备，产品在国内外推广和试用，拥有来自于美国、澳大利亚、法国、韩国、意大利、巴基斯坦等国家和地区的科研和企业单位的用户，样品试用获得用户认可和好评，产品供不应求。
三、项目产品
本品氮化硼（BN）纳米管具有类似于碳纳米管的结构，是由硼（B）、氮（N）两种元素组成，管径为10～200 nm、壁厚2～30 nm、平均长度≥5μm，分为空心型管、竹节型管、波纹型管和泡节型管等四种类型，是一种高端基础型纳米新材料，具有强度约为钢铁的1000倍、耐高温、抗氧化、电绝缘、导热性好等优异性质。
四种类型BN纳米管电子显微镜照片
BN纳米管产品照片（粉体及乙醇分散液）
采用自主知识产权自蔓延前驱体-化学气相沉积（SHS-CVD）法生产，通过SHS法含硼前驱体制备、CVD法BN纳米管生长工艺的控制，达到收率85%以上和选择性制造四种不同种类型的BN纳米管。本项目CVD技术，也可用于对多种基体材料的纳米级BN包覆、杂化复合、BN纳米管的元素掺杂改性、BN纳米管薄膜制备。
四种类型BN纳米管电子显微镜照片
BN纳米管产品照片（粉体及乙醇分散液）
采用自主知识产权自蔓延前驱体-化学气相沉积（SHS-CVD）法生产，通过SHS法含硼前驱体制备、CVD法BN纳米管生长工艺的控制，达到收率85%以上和选择性制造四种不同种类型的BN纳米管。本项目CVD技术，也可用于对多种基体材料的纳米级BN包覆、杂化复合、BN纳米管的元素掺杂改性、BN纳米管薄膜制备。
反应耦合稀释SHS新技术原理示意图
纳米-超细级碳化硼（B4C）和纳米硼（B）粉，都属于硼素系列基础型新材料产品。采用自主研发的反应耦合稀释自蔓延发明专利技术，把相同目标产物的热爆反应与吸热反应进行耦合稀释，实现连续化自蔓延反应，过程易于控制，易于调控不同规格产品系列。纳米-超细级B4C粉收率95%以上，碳化硼含量≥96％、游离硼含量≤0.65%、游离碳含量≤2.65%、氧含量≤1.0％、金属杂质≤0.2％，晶粒尺寸0.01～5 µm可控，分布较窄；无定形纳米硼粉收率90%以上，粒径10～100 nm，反应产物经一次分离提纯获得无定形纳米硼粉产品纯度不小于95%，金属杂质含量≤1.5％，产品质优、品质稳定，成本较低，生产过程安全、节能环保。本项目通过湖北省教育厅专家组验收，生产技术国内领先，获得5项相关发明专利授权。
纳米-超细级B4C和无定形纳米硼粉的结构、产品照片和电子显微镜照片
四、应用领域
纳米-超细级碳化硼新材料呈黑灰色粉末，俗称人造金刚石，是一种硬度很高的硼化物，适用于各种硬质合金、宝石等材料的研磨、抛光、钻孔等机械加工，它是金刚石的理想代用材料，可制成各种快速切削刀具和耐磨程度极高的磨具、喷嘴、密封圈、仪表、精密元件等产品。碳化硼还是制造工程陶瓷、耐火材料、特种焊条的主要原料，是制造金属硼化物、硼钢和核工业种子吸收剂等不可缺少的原料。主要应用于以下领域：
1、碳化硼喷嘴：高性能喷枪、喷嘴、砂轮，用于除锈、切割、关键部件。
2、碳化硼板：用于低密度、高硬度、高强度的防腐耐磨衬板、防弹装甲、人体防护板等。
3、中子吸收材料：用于核反应堆中子吸收球、控制棒、中子屏蔽板等，热膨胀系数低、抗热震、热稳定性好，无二次辐射污染。
4、新型纳米复合材料：应用于金属、合金、高分子材料、玻璃、陶瓷等基体材料的增强、增韧、耐高温、耐磨、防腐蚀、抗辐射等性能改善。
无定形纳米硼粉是一种黑褐色粉末，在空气和常温下稳定，在高温时化学性质比较活泼，能与氧、氮、硫、卤素及碳相互作用生成各种化合物，还可与许多金属直接化合，生成金属硼化物，也能与有机化合物反应生成有机硼化物。
无定形纳米硼粉主要应用于冶金、电子、陶瓷、核工业、化工等领域。用于特种钢、合金钢的冶炼、熔融钢气体清除剂、电子工业中引燃管的引燃极、核反应堆的中子吸收剂及中子计数器材料、高温耐火材料。本品也是制造固体火箭推进器的高能燃料、制造各种高纯卤化硼、含硼化合物、硼纤维的原料，本品还用于汽车安全气囊引发剂、焰火工业等领域。
五、应用前景
5.1 碳化硼粉体
我国低端碳化硼产能大约8000吨/a，是碳化硼生产基地和主要出口国，产品80％出口，占国际同类产品40％份额。高品质纳米-超细碳化硼粉体原料是高性能碳化硼陶瓷制品的先决条件，然而由于碳化硼硬度很高，超细粉碎困难，且相关核心技术掌握在国外少数公司手里，成为垄断技术，对中国严格封锁。国际上仅德国H.C.Starck公司能够制备出中位粒径为0.5微米的超细的碳化硼粉体并实现工业化生产。本项目采用自主专利技术，处于国际领先水平，项目建成之后，将填补纳米-超细碳化硼粉体生产技术和产品空白，具有很好的经济效益和较强的出口创汇能力。
5.2 氮化硼纳米管
BN纳米管因其具有一些特殊的性能，在新材料开发、机械制造、化工环保、生物医疗和医药、电子电器等领域的应用前景被广泛看好。目前在国内和国际市场上潜在的市场年需求量约为50吨，实际的产能远远没有达到。在经济效应方面，BN纳米管产品的产业化，能够带来广阔的市场经济前景。
另外，BN纳米管产业所带来的社会效应也是不容忽视的，第一，BN纳米管及下游应用产品将显著提升我国在该领域的新材料技术和产品水平，继续保持国际领先水平。第二，本项目将带动BN纳米管下游和相关产品的产业化，将会带动包括与其相关的膜材料技术、催化剂技术，军工新材料、生物医学新材料、以及新型电子器件等高新技术产业集群的发展建设，为地方经济发展和增加就业做出重要贡献。
本项目属于湖北省教育厅重大科研项目和重点产学研项目的科研成果，2011年底通过湖北省教育厅专家组验收，创新了制备理论，突破了产品选择性控制和大量制备关键技术，获得相关发明专利授权9项，工艺技术国际先进，样品已在国内外多个相关领域中得到了初步应用，显示出良好的应用前景。
六、项目规模
初始装置规模：小型化、功能化、规范化的硼素新材料项目的中试单元，日产纯度95%的氮化硼纳米管10kg。
场地需求：场地600平米
供应工程：供电80～100kW，配备给排水（月用水约50～100立方）
联系人：张老师
联系电话：15202744207 15202744206
