使用共融鹽高溫剝離氮化硼粉末制備氮化硼納米片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備氮化硼納米片的方法，具體涉及一種使用共融鹽高溫剝離氮化硼粉末制備氮化硼納米片的方法，屬于無(wú)機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化硼(BoronNitride，BN)作為類似石墨的化合物，在材料科學(xué)研究領(lǐng)域展現(xiàn)出了許多引人注目的特性，例如高本征熱導(dǎo)率、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、寬帶隙以及良好的潤(rùn)滑性能。特別地，由于氮化硼納米片(boron nitride nanosheets，BNNS)具有較高的縱橫比(aspect ratiο)和比表面積，與其塊體材料相比，表現(xiàn)出更優(yōu)秀的材料性能。
[0003]近年來(lái)，很多工作致力于控制合成氮化硼納米片。主要的制備方法包括碳熱、氨化和氮化等幾種方法。例如:Pikalov等人用C、B203和N2作為反應(yīng)物在大于1600°C的條件下制備合成氮化硼納米片(S.N.Pikalov,PowderMetall.Met.Ceram.1988,27,404.) Jue等人用H3B03、C3H7N0、NH3作為反應(yīng)物在大于1500°C的條件下制備合成氮化硼納米片(Y.M.Xue，A.Elsanousi,Y.Fan,J.Lin,J.Li,X.ff.Xu,Y.Lu,L.Zhang,T.T.Zhang,C.C.Tang,301丨(13七&七63(^.2013，24，1.)。他8丨0等人用金屬硼化物和冊(cè)3作為反應(yīng)物在大于1600°(3的條件下合成氮化硼納米片(T.Hag1 ,K.NonakaandT.Sato , J.Mater.Sc1.Lett.1997 ,16 ,795.) C3Tang和Salles等人用氮化硼微球作為反應(yīng)物分別在氮?dú)夂桶睔鈿夥罩?、且在大?800°C 的條件下合成氮化硼納米片(C.C.Tang, Y.Bando, Y.Huang，C.Y.ZhiandD.Go I berg,Adv.Funct.Mater.2008,18,3653；V.Salies,S.Bernard,R.ChiriacandP.Miele,J.Eur.Ceram.Soc.2012,32,1867.)。
[0004]總體而言，以上制備工藝路線均采用了高溫，使得合成的氮化硼納米片尺寸不均勻，存在有晶粒的非正常長(zhǎng)大現(xiàn)象，得到的氮化硼納米片的直徑分布在從納米到微米的范圍內(nèi)。并且，高溫合成條件會(huì)造成氮化硼納米片彎曲變形，還將導(dǎo)致合成過(guò)程能耗高，并增加了生產(chǎn)的安全隱患。
[0005]此外，雖然已經(jīng)存在很多剝離石墨以制備石墨烯或氧化石墨烯的成功方法，但是剝離氮化硼以制備氮化硼納米片的工藝仍然面臨諸多技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種使用共融鹽高溫剝離氮化硼粉末制備氮化硼納米片的方法。該方法能夠制備得到具有較高縱橫比(即較大的橫向尺寸和較薄的厚度)、較少缺陷、結(jié)構(gòu)特征較完整的氮化硼納米片，并且該方法適合大批量生產(chǎn)、不涉及有毒有腐蝕性化學(xué)試劑的使用、且易于操作。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種使用共融鹽高溫剝離氮化硼粉末制備氮化硼納米片的方法，該方法包括以下步驟:
[0008](I)將氮化硼粉末和氯化鈉與氯化鉀共融鹽進(jìn)行混合及研磨，得到混合粉末；
[0009](2)將步驟(I)得到的混合粉末加熱到600-1000°C，然后保持溫度5-72小時(shí)進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，降至室溫后，得到高溫?zé)崽幚砗蟮幕旌戏勰?br>[0010](3)將步驟(2)得到的高溫?zé)崽幚砗蟮幕旌戏勰┡c水混合后進(jìn)行超聲處理、靜置，然后對(duì)上層清液進(jìn)行過(guò)濾，再對(duì)過(guò)濾得到的粉末進(jìn)行清洗、干燥后，得到所述的氮化硼納米片。
[0011 ]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，在上述方法的步驟(I)中，所述氯化鈉與氯化鉀共融鹽中，氯化鈉和氯化鉀的摩爾比為(0.9-1.1):(0.9-1.1);所述氯化鈉與氯化鉀共融鹽與所述氮化硼粉末的質(zhì)量比為(49-50):1。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，在上述方法的步驟(I)中，所采用的氮化硼粉末的顆粒直徑可以約為5-10微米，該氮化硼粉末可以為六方氮化硼(h-BN)微粉。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，在上述方法中，步驟(2)是在空氣氣氛或氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行的，但惰性氣體氣氛不是反應(yīng)的必須條件。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，在上述方法的步驟(2)中，將步驟(I)得到的混合粉末以5_10°C/分鐘的升溫速率加熱到600-1000°C。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，在上述方法的步驟(2)中，所述高溫?zé)崽幚淼臏囟葹?70°C，保持溫度的時(shí)間為72小時(shí)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，在上述方法的步驟(3)中，所述超聲處理的功率為(120±2)W，頻率為(40±2)KHz，處理時(shí)間為(10±1)分鐘。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，優(yōu)選地，在上述方法的步驟(3)中，超聲處理后靜置的時(shí)間可以為5-15分鐘。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在上述方法的步驟(3)中，對(duì)過(guò)濾得到的粉末進(jìn)行清洗可以是采用沸水進(jìn)行沖洗，沖洗的次數(shù)可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行常規(guī)的調(diào)整，例如3次，之后的干燥可以在空氣中自然干燥。
[0019]本發(fā)明提供了一種使用共融鹽高溫剝離氮化硼粉末制備氮化硼納米片的方法。該方法采用氯化鈉與氯化鉀共融鹽與原料氮化硼粉末混合并研磨，然后進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，之后進(jìn)行超聲處理與過(guò)濾的工藝方式，制備得到了具有較高縱橫比(即較大的橫向尺寸和較薄的厚度)、較少缺陷、結(jié)構(gòu)特征較完整的氮化硼納米片，并且使該氮化硼納米片的產(chǎn)率高達(dá)30%-50%左右。
[0020]本發(fā)明提供的氮化硼納米片的制備方法是一種制備條件溫和、操作簡(jiǎn)單、并且可大規(guī)模實(shí)施的氮化硼剝離方法。與傳統(tǒng)的機(jī)械剝離法或液體溶液剝離法不同，本發(fā)明的剝離方法不會(huì)使得到的納米片產(chǎn)生嚴(yán)重的斷裂或破碎，而納米片的斷裂或破碎會(huì)使其產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷并且會(huì)使其橫向尺寸變小，因此采用本發(fā)明的方法制備得到的氮化硼納米片具有較高縱橫比(直徑在10微米級(jí)別，厚度在幾納米到幾十納米級(jí)別)、較少缺陷且結(jié)構(gòu)特征較完整。而且，常規(guī)的剝離方法通常只能產(chǎn)生少量的氮化硼納米片，不能滿足大批量生產(chǎn)的要求;但本發(fā)明的方法適合于大批量生產(chǎn)氮化硼納米片并具有較高產(chǎn)率。此外，本發(fā)明的剝離方法不涉及對(duì)環(huán)境和人體存在危害的有毒有機(jī)溶劑或腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的使用，例如二甲基甲酰胺(DMF)和四氫呋喃(THF)等。另外，本發(fā)明的剝離方法在獲得最終產(chǎn)品時(shí)，無(wú)需采用長(zhǎng)時(shí)間的超聲處理和離心，不高度依賴分離過(guò)程，因而更易于操作，無(wú)需太多體力勞動(dòng)。
[0021]通過(guò)本發(fā)明的方法制備得到的氮化硼納米片產(chǎn)品具有較高縱橫比、較少缺陷且結(jié)構(gòu)特征較完整，因此具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，可作為制備復(fù)合材料(例如各種用途的高導(dǎo)熱的聚合物復(fù)合材料)的填充材料，或者作為襯底材料等等。并且，本發(fā)明的方法擴(kuò)充了氮化硼納米片的研究或?qū)嶋H應(yīng)用的范圍。此外，本發(fā)明的方法還可以用于剝離其他相似的二維材料，如石墨、二硫化鉬，具有廣泛的應(yīng)用前景與研究意義。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為實(shí)施例1制備得到的氮化硼納米片的掃描電子顯微鏡圖；
[0023]圖2為實(shí)施例1制備得到的氮化硼納米片的透射電子顯微鏡圖；
[0024]圖3a、圖3b和圖3c為實(shí)施例1制備得到的氮化硼納米片的原子力顯微鏡圖；
[0025]圖4為實(shí)施例2制備得到的氮化硼納米片的掃描電子顯微鏡圖；
[0026]圖5為實(shí)施例3制備得到的氮化硼納米片的掃描電子顯微鏡圖；
[0027]圖6為實(shí)施例4制備得到的氮化硼納米片的掃描電子顯微鏡圖；
[0028]圖7為實(shí)施例5制備得到的氮化硼納米片的掃描電子顯微鏡圖；
[0029]圖8為實(shí)施例6制備得到的氮化硼納米片的掃描電子顯微鏡圖；
[0030]圖9為實(shí)施例7制備得到的氮化硼納米片的掃描電子顯微鏡圖；
[0031]圖10為對(duì)比例I制備得到的氮化硼納米片的掃描電子顯微鏡圖；
[0032]圖11為對(duì)比例2制備得到的氮化硼納米片的掃描電子顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。
[0034]實(shí)施例1
[0035]本實(shí)施例提供了一種使用共融鹽高溫剝離氮化硼粉末制備氮化硼納米片的方法，該方法包括以下步驟:
[0036](I)將0.67g預(yù)干燥后的原料六方氮化硼(h-BN)微粉(顆粒直徑約為10微米)、氯化鈉與氯化鉀共融鹽，其中氯化鈉為14.87g，氯化鉀為18.47g，加入到研缽中進(jìn)行混合及研磨，得到均勻的白色混合粉末；
[0037](2)將步驟(I)得到的混合粉末放入10mL氧化鋁坩禍中，然后將坩禍放入馬弗爐，在空氣氣氛