LaB6-基稀土六硼化物纳米结构的可控生长及性能

Rare earth hexaborides RB6 have been used as the best cathode electron emission sources due to their high melting point, high hardness. high chemical stability, low work function and zero thermal expansion coefficient within a certain temperature range. Recently, the data from the calculation and experimentation reveal that SmB6 is the first true three-dimensional topological insulator with an insulating bulk and a metallic surface. In this project, the rare-earth hexaborides nanotubes and nanowires doping in R site with other rare-earth elements R or alkali elements (Ca, Sr, Ba etc) will be prepared by using the reaction of rare-earth metal powders with BCl3 gas, where Ag, Pt, Co, Fe etc. will be used as the catalyst and anodic aluminum oxide (AAO) or zeolite as the templet. The rules of the growing rare-earth hexaborides nanotubes and nanowires in a controlled manner will be studied. The relationship between preparing conditions and images as well as the microstructure will be studied. The microstructure, phase relationship, as well as the relations among the structure, composition, and the properties will be characterized using x-ray diffraction, TEM, SEM, DSC, Hall-effect and field emission measurement. The effects of images and microstructure on the the emission properties and the surface state of the SmB6 topological insulator will be discussed.

稀土六硼化物具有高熔点、高硬度、高化学稳定性、低逸出功、一定温度内的零膨胀系数等优点。用它制备的场发射器件性能稳定，使用寿命长，因此，被认为是性能优异的场电子发射阴极材料。最近实验和理论给出确切证据支持SmB6是第一种真正意义上的三维拓扑绝缘体。本申请项目拟用Ag, Pt，Co，Fe等为催化剂、稀土粉末为稀土源、多孔阳极氧化铝(AAO)或沸石为模板、BCl3为B源，探索稀土六硼化物体系(RB6)中稀土R位用其它稀土元素或碱金属元素(如 Ca, Sr, Ba等)进行掺杂的两个系列纳米线和纳米管可控生长的成相规律；用X射线衍射、电子显微镜、热分析、霍尔和场发射性能测试以及理论分析等方法重点研究微结构、结构和物性以及组分、结构、性能的相互关系，并对结构的稳定性和变化规律进行深入研究，阐明微结构的变化对RB6体系场发射性能及SmB6中拓扑绝缘体表面态等性能影响的机制。

稀土六硼化物（RB6）由于其一系列优异的性能使其成为很好的电子发射材料。最近，一维纳米线系统由于具有比块体材料新奇的结构和电子性质，引起了人们更多的关注。.通过简单常压自催化法成功合成出NdB6纳米锥和大量NdB6纳米管。对不同温度下合成的纳米锥、纳米带和纳米管进行结构表征并讨论了这三种不同纳米形貌的生长机理。采用控制气流的自催化法成功制备了大量LaxPr1-xB6纳米锥。在拉曼光谱的测试中首次发现了三元稀土六硼化物的T1u模式分裂现象。首次报道了一种低温合成SmB6纳米线的新方法。用低温探针台测试了SmB6单根纳米线的电阻，结果表明由于纳米线较大的比表面，SmB6纳米线的近藤转变温度约为TK = 60 K，激活能为Δ = 2.67 meV，并且有6 K的饱和电阻温度和加强的表面电导。在低温下合成了GdB6纳米线。测试了GdB6的磁性，由得到MT曲线和MH曲线拟合得到有效磁矩为μeff = 6.26 μB。光学性质表明GdB6纳米线在NIR范围有较高的吸收，在UV范围有较低的吸收。首次成功制备了La掺杂LaxNd1-xB6纳米线并对其场发射性能进行了研究；首次采用一步法制备Pr掺杂NdB6纳米线并对其结构进行了表征；系统采用自适应压力的固相反应法制备了二元与三元稀土六硼化物（LaB6, CeB6, PrB6, NdB6, SmB6, Sm1-xLaxB6）纳米线并对其光吸收性能进行了研究。.在项目进行过程中对项目研究内容进行了小的调整：首次研究了锂离子电池材料Li2Mn1-xFex(PO3)4的制备、结构和电化学性能；首次完成了Li2O-FeO-SiO2和Li2O-MnO -P2O5三元相图相并对LixSiyOz和Li1+xMn1-xPO4的电化学性能进行了研究研究；发现了一种NaFe(PO3)3和NaCo(PO3)3新化合物并对其结构及钠离子的脱嵌机理进行了研究。