本發(fā)明涉及二維納米材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以濃硫酸為插層劑制備單層或寡層氮化硼納米片的方法。
背景技術(shù)：
六方氮化硼(h-bn)與石墨的結(jié)構(gòu)類似，屬于層狀結(jié)構(gòu)，其顏色為白色，故有“白石墨”之稱。h-bn層內(nèi)硼原子(b)與氮原子(n)以共價鍵結(jié)合，而層與層之間主要以范德華力結(jié)合，同時存在lip-lip鍵作用，因此塊體bn納米材料更難以剝離。六方氮化硼具有良好的物理化學(xué)特性，例如寬帶隙(5.9ev)、高導(dǎo)熱性(陶瓷中最好的導(dǎo)熱材料之一)、耐高溫(真空條件下能耐2000℃)、高強(qiáng)度(彈性模量為160pa·m，稍微比石墨烯202pa·m稍低)、強(qiáng)抗氧化性(抗氧化溫度達(dá)900℃)、低熱膨脹系數(shù)(10-6)、良好的中子吸收能力、可透波性(可透微波和紅外線)、良好的抗磨減摩特性及高溫絕緣性(2000℃時104ω·cm)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定(與無機(jī)酸、堿及氧化劑不發(fā)生反應(yīng)，對幾乎所有的熔融金屬都呈化學(xué)惰性)等。這些良好的物化性能使其在嚴(yán)苛環(huán)境下具有非常好的應(yīng)用前景，例如在陶瓷、涂層、催化、電子、儲能、潤滑、復(fù)合材料等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。
2004年石墨烯的成功制備改變了人們對單層二維納米片不存在的認(rèn)識，隨后以bn與mos2為代表二維納米片狀材料成為研究熱點(diǎn)。2008年pacilé等人首先采用微機(jī)械剝離法成功地制備出了寡層氮化硼納米片，之后許多研究者采用不同的方法也成功制備出了bn納米片，比如機(jī)械剝離法(球磨法、流體剝離法、等離子體刻蝕法、通過激光刻蝕多層氮化硼納米管法)、超聲輔助溶劑法、固相反應(yīng)合成法、化學(xué)氣相沉積法、液相剝離法、冷凍法等，但上述方法或多或少存在著產(chǎn)率低、反應(yīng)條件難以控制、難以規(guī)?；糯?、成本昂貴、bn納米片尺寸小等缺點(diǎn)，不利于bn納米片的規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用，因此，開發(fā)具有廉價、溫和有效地剝離高質(zhì)量bn納米片新方法具有重要意義和實(shí)用價值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種以濃硫酸為插層劑制備單層或寡層氮化硼納米片的方法，以解決六方氮化硼難剝離、難以規(guī)?；a(chǎn)及氮化硼納米片質(zhì)量差等技術(shù)問題，具有設(shè)備簡單、操作簡便、產(chǎn)率較高、產(chǎn)品質(zhì)量好、可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種以濃硫酸為插層劑制備單層或寡層氮化硼納米片的方法，包括如下步驟：
(1)室溫下，將市售的塊體氮化硼原料與濃硫酸(98wt％)均勻混合，攪拌，使?jié)饬蛩岵迦氲饘娱g，得到均勻混合溶液；
(2)攪拌結(jié)束后，將均勻混合溶液快速倒入定量超純水中，進(jìn)行超聲分散，得到氮化硼分散液；
(3)將氮化硼分散液經(jīng)抽濾，洗滌至抽濾液ph值為6～8后，再將濾渣均勻地分散到超純水中，得到均勻分散液；
(4)將均勻分散液靜置，去除大塊未被剝離的氮化硼，取上層清液，即得到氮化硼納米片分散液；
(5)將氮化硼納米片分散液中的氮化硼納米片分離(通過抽濾或離心方式)出來，干燥，即得到產(chǎn)品氮化硼納米片。
根據(jù)以上方案，所述塊體氮化硼原料的粒徑為5～7μm，所述塊體氮化硼原料與濃硫酸的混合比為：每1ml濃硫酸中加入0.01～0.30g塊體氮化硼原料。
根據(jù)以上方案，所述攪拌為磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為200～2000rpm，攪拌時間為3～24h。
根據(jù)以上方案，所述超聲分散的時間為10～60min，超聲功率為150w。
根據(jù)以上方案，所述靜置的時間為12～72h。
根據(jù)以上方案，所述干燥的溫度為40～80℃，時間6～12h。
本發(fā)明的方法為熱膨脹法，其基本原理為：在不斷攪拌的條件下，濃硫酸分子能夠逐漸插入到六方氮化硼層間，使得氮化硼層間距拉大，層與層之間的范德華力減弱，再將濃硫酸與氮化硼混合液快速倒入到去離子水中，濃硫酸稀釋放出大量的熱，產(chǎn)生的熱效應(yīng)作用可使得氮化硼發(fā)生剝離，從而得到單層或寡層(2～10層)的氮化硼納米片。
本發(fā)明采用的濃硫酸主要有兩個作用：一是濃硫酸分子具有插層作用，可以進(jìn)入到氮化硼層間化合物中，二是濃硫酸在稀釋過程中會放出大量的熱，使氮化硼層間發(fā)生剝離。
本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明所用采用的攪拌、分散、抽濾、干燥等設(shè)備均為常用化工設(shè)備，設(shè)備簡單，操作簡便，整個制備過程工藝條件溫和、容易控制，反應(yīng)時間短，成本低，不需要復(fù)雜昂貴的生產(chǎn)設(shè)備，環(huán)境友好，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)；
(2)本發(fā)明得到的氮化硼納米片產(chǎn)率較高(可達(dá)14.3％)，氮化硼納米片厚度可達(dá)單層至幾層，厚度可達(dá)1～2nm，長寬約1μm，質(zhì)量較好；
(3)本發(fā)明為氮化硼納米片的規(guī)?；苽涮峁┝艘环N新方法，為研究及應(yīng)用氮化硼納米片奠定了下基礎(chǔ)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的氮化硼納米片產(chǎn)品的tem圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。
實(shí)施例1，見圖1：
本發(fā)明提供一種以濃硫酸為插層劑制備單層或寡層氮化硼納米片的方法，包括如下步驟：
(1)室溫下，將市售的塊體氮化硼原料(粒徑5-7μm)與濃硫酸(98wt％)均勻混合，攪拌攪拌9h，使?jié)饬蛩岵迦氲饘娱g，得到均勻混合溶液；
(2)攪拌結(jié)束后，將均勻混合溶液快速倒入500ml超純水中，進(jìn)行超聲分散30min，得到氮化硼分散液；
(3)將氮化硼分散液經(jīng)抽濾，洗滌至抽濾液ph值為7后，再將濾渣均勻地分散到500ml超純水中，得到均勻分散液；
(4)將均勻分散液靜置24h，去除大塊未被剝離的氮化硼，取上層清液，即得到氮化硼納米片分散液；
(5)將氮化硼納米片分散液中的氮化硼納米片通過抽濾方式分離出來，在60℃下干燥10h，即得到產(chǎn)品氮化硼納米片。測其產(chǎn)率為11.1％。
為了比較本發(fā)明方法的效果，將塊體氮化硼原料直接分散到同樣量的超純水中，靜置24h后，原料氮化硼分散液不能穩(wěn)定存在，出現(xiàn)了明顯分層，而氮化硼納米片分散液能很穩(wěn)定存在。
采用透射電鏡(tem)對所得氮化硼樣品進(jìn)行了分析，如圖1所示，由tem圖可知，氮化硼納米片片層很薄，尺寸可達(dá)到亞微米級別，片層褶皺，與石墨烯觀測的形貌相似，黑色區(qū)域?yàn)榧{米片重疊區(qū)域，電子花樣衍射說明樣品仍為六方晶體，氮化硼的六方晶體結(jié)構(gòu)沒有被破壞。
實(shí)施例2：
如實(shí)例1所述，所不同的是：將0.5g市售的氮化硼塊體原料(5-7μm)與10ml濃硫酸(98wt％)均勻混合攪拌9h。測其產(chǎn)率為14.3％。
實(shí)施例3：
如實(shí)例1所述，所不同的是：將1.0g市售的氮化硼塊體原料(5-7μm)與10ml濃硫酸(98wt％)均勻混合攪拌6h。測其產(chǎn)率為9.2％。
實(shí)施例4：
如實(shí)例1所述，所不同的是：將1.0g市售的bn塊體原料(5-7μm)與10ml濃硫酸(98wt％)均勻混合攪拌6h。測其產(chǎn)率為14.1％。
以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者同等替換，但不脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改和局部替換均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。