CN102887490A - 一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法，包括：（1）在氮化硼粉末中加入极性有机溶剂，然后在45-55°C下磁力搅拌20-30h得混合液，冷却至室温后超声，再静置1-3天，然后将上清液提取出来进行离心，将离心得到的乳白色沉淀用丙酮洗涤，最后干燥，得到产物；（2）在步骤（1）得到的产物中加入氟硼酸，然后在45-55°C下磁力搅拌5-10h，自然冷却至室温，再将得到的产物离心，用去离子水洗涤，最后干燥即可。本发明的制备方法简单，对环境友好、对设备要求低、原材料丰富，且便于大规模生产；本发明得到的氟掺杂后的氮化硼的导电性增强。

Description

一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法

技术领域

本发明属于氮化硼的改性领域，特别涉及一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法。

背景技术

纳米材料中的层状材料由于其独特的物理化学性能和很多潜在的应用，引起了科研界广泛的关注。石墨到单层石墨烯的研究成果就是一个很好的例子，尤其是其在半导体器件应用方面的突破。六方层状氮化硼是一种典型的III-V族化合物，其晶体结构与石墨十分相似。氮化硼具有优良的物理和化学特性：耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀、自润滑、可加工性能好、热导率高、良好的中子吸收性能以及具有良好的透波性能等，广泛用于机械、冶金、电子、航空航天等高科技领域。

与传统的块体材料相比，少层氮化硼具有更多优异的性能，能够扩展氮化硼材料在热导性、机械强度和电学性能等方面的应用。目前，已有的少层氮化硼材料制备方法有CVD法（Nano Lett.2010,10,4134），化学溶液法（Appl.Phys.Lett.2008,93,223103）等，但这些制备方法比较复杂，而且有些路线会污染环境，限制了其推广应用，所以许多研究者一直在寻求绿色环保的合成路线。同时，少层氮化硼的导电性强烈依赖于其化学组成，并且其电子结构可通过掺杂方法进行调整。掺入氟原子，可以导致氮化硼纳米层的导电性增强，拓宽氮化硼在电学领域方面的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法，该方法对环境友好，对设备要求低，原材料丰富，操作过程简便，便于大规模生产。

本发明的一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法，包括：

（1）剥离制备单层或少层六方层状氮化硼：

在氮化硼粉末中加入极性有机溶剂，然后在45-55°C下磁力搅拌20-30h得混合液，冷却至室温后超声，再静置1-3天，然后将上清液提取出来进行离心，将离心得到的乳白色沉淀用丙酮洗涤以便将有机溶剂洗干净，最后干燥，得到产物；

（2）少层或单层六方氮化硼掺氟：

在步骤（1）得到的产物中加入氟硼酸(HBF₄)，然后在45-55°C下磁力搅拌5-10h，自然冷却至室温，再将得到的产物离心，用去离子水洗涤，最后干燥即可。

步骤（1）中所述的极性有机溶剂为异丙醇、二甲亚砜或N-甲基吡咯烷酮。

步骤（1）中所述的超声为在低功率超声机中进行超声20h，超声功率为150-200W。

步骤（1）中所述的氮化硼粉末与极性有机溶剂的用量比0.2-0.5g：30-50mL。

步骤（1）和步骤（2）中所述的干燥的温度均为50-70°C。

步骤（2）中所述的步骤（1）得到的产物与氟硼酸的用量比为0.2-0.5g：30-50mL。

本发明采用的前躯体为块体六方氮化硼和异丙醇、二甲亚砜和N-甲基吡咯烷酮三种极性有机溶剂，以氟硼酸(HBF4)为氟源；剥离制备单层或少层六方层状氮化硼时磁力加热搅拌的优化温度为50°C，优化时间为24h；掺氟时，混合液加热搅拌的优化温度为50°C，优化时间为8h。

收集测试本发明氟掺杂后氮化硼的半导体导电性能，其导电电流高达15.854μA。

在本发明中，我们先通过化学溶液法将块体氮化硼进行剥离，然后再对得到的少层氮化硼进行氟掺杂，从而改变氮化硼的电学性能，以应用于无机纳米材料方面。

有益效果

（1）本发明的制备方法简单，对环境友好、对设备要求低、原材料丰富，且便于大规模生产；

（2）本发明得到的氟掺杂后的氮化硼的导电性增强。

附图说明

图1为本发明中剥离得到的少层六方氮化硼的TEM；

图2为本发明中剥离得到的少层六方氮化硼的AFM图片；

图3为本发明中掺氟前（I）、后（II）氮化硼的XPS图；

图4为剥离前（I）、剥离后（II）、掺氟后（III）氮化硼的I-V测试曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)用异丙醇剥离制备单层或少层六方层状氮化硼：将0.5g的块体氮化硼粉末放入100mL的圆底烧瓶，加入50mL的异丙醇。将上述混合液在50°C下磁力搅拌24h。冷却至室温后，将上述混合液在低功率超声机中超声20h。超声结束后，将得到的混合液在室温下静置1天，然后将上清液提取出来进行离心，离心出来的乳白色沉淀用丙酮洗数次以便将异丙醇洗干净。将得到的产物在60°C下干燥，收集备用。

(2)少层或单层六方氮化硼掺氟：将0.5g的少层六方氮化硼放入100mL的圆底烧瓶，加入50mL的氟硼酸(HBF₄)，将上述混合液在50°C下磁力搅拌8h，自然冷却至室温。将得到的产物离心，用去离子水洗数次，在60°C下干燥，收集测试其半导体导电性能。

实施例2

(1)用二甲亚砜剥离制备单层或少层六方层状氮化硼：将0.5g的块体氮化硼粉末放入100mL的圆底烧瓶，加入50mL的二甲亚砜。将上述混合液在50°C下磁力搅拌24h。冷却至室温后，将上述混合液在低功率超声机中超声20h。超声结束后，将得到的混合液在室温下静置2天，然后将上清液提取出来进行离心，离心出来的乳白色沉淀用丙酮洗数次以便将异丙醇洗干净。将得到的产物在60°C下干燥，收集备用。

(2)少层或单层六方氮化硼掺氟：将0.5g的少层六方氮化硼放入100mL的圆底烧瓶，加入50mL的氟硼酸(HBF₄)，将上述混合液在50°C下磁力搅拌8h，自然冷却至室温。将得到的产物离心，用去离子水洗数次，在60°C下干燥，收集测试其半导体导电性能。

实施例3

(1)用N-甲基吡咯烷酮剥离制备单层或少层六方层状氮化硼：将0.2g的块体氮化硼粉末放入100mL的圆底烧瓶，加入30mL的N-甲基吡咯烷酮。将上述混合液在50°C下磁力搅拌24h。冷却至室温后，将上述混合液在低功率超声机中超声20h。超声结束后，将得到的混合液在室温下静置3天，然后将上清液提取出来进行离心，离心出来的乳白色沉淀用丙酮洗数次以便将异丙醇洗干净。将得到的产物在60°C下干燥，收集备用。

(2)少层或单层六方氮化硼掺氟：将0.2g的少层六方氮化硼放入100mL的圆底烧瓶，加入30mL的氟硼酸(HBF₄)，将上述混合液在50°C下磁力搅拌8h，自然冷却至室温。将得到的产物离心，用去离子水洗数次，在60°C下干燥，收集测试其半导体导电性能。

Claims (6)

1.一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法，包括：

（1）在氮化硼粉末中加入极性有机溶剂，然后在45-55°C下磁力搅拌20-30h得混合液，冷却至室温后超声，再静置1-3天，然后将上清液提取出来进行离心，将离心得到的乳白色沉淀用丙酮洗涤，最后干燥，得到产物；

（2）在步骤（1）得到的产物中加入氟硼酸，然后在45-55°C下磁力搅拌5-10h，自然冷却至室温，再将得到的产物离心，用去离子水洗涤，最后干燥即可。

2.根据权利要求1所述的一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法，其特征在于：步骤（1）中所述的极性有机溶剂为异丙醇、二甲亚砜或N-甲基吡咯烷酮。

3.根据权利要求1所述的一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法，其特征在于：步骤（1）中所述的超声为在超声功率为150-200W的超声机中进行超声20h。

4.根据权利要求1所述的一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法，其特征在于：步骤（1）中所述的氮化硼粉末与极性有机溶剂的用量比为0.2-0.5g：30-50mL。

5.根据权利要求1所述的一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法，其特征在于：步骤（1）和步骤（2）中所述的干燥的温度均为50-70°C。

6.根据权利要求1所述的一种六方层状氮化硼的剥离及其氟掺杂方法，其特征在于：步骤（2）中所述的步骤（1）得到的产物与氟硼酸的用量比为0.2-0.5g：30-50mL。

Images