CN103203462A - 氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用一种简单的液相还原法制备氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料，属半导体材料制备工艺技术领域。本项发明的特点是通过液相还原法制备氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料。该工艺简便易行，设备要求低，通过这种方法制备的复合材料杂质含量少，在氮化硼纳米片表层生成的银纳米颗粒粒径较小，随机分布，和氮化硼纳米片的结合强度高。研究表明，这种复合材料有很好的表面等离子共振效应，可应用于光电探测技术中。同时这种复合材料具有较高的表面增强拉曼散射活性，在生物探测器领域内具有巨大的潜在应用。

Description

氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及利用一种简单的液相还原法制备氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料，属半导体材料制备工艺技术领域。

背景技术

氮化硼纳米片是一种典型的类石墨烯薄膜，属六方晶系，它可以看成在石墨烯六角蜂窝状结构中，分别用N原子和B原子有序的取代C原子，从而形成一个新的具有六角蜂窝状结构的薄膜材料。最近的研究表明，氮化硼纳米片除了具有石墨烯的很多优异性能外，还有一些优于石墨烯的性能，比如它的高温抗氧化性，使得它能在高温环境下工作而不被氧化，能应用于更恶劣的环境中。这些性能使得氮化硼在许多领域具有广阔的应用前景。其应用主要包括：导电纸，超级电容器/电池，储氢材料，传感器，晶体管，复合材料，纳米电子器件，探测器等。而纳米片-银纳米颗粒复合材料也已成为人们关注的热点，这些复合材料同样展示了优异的特性，比如较强的表面增强拉曼散射，在生物探测领域内有潜在的应用。

目前，人们可以利用一系列的物理和化学方法制备氮化硼纳米片，常用的制备方法主要有以下几种：液相剥离、微机械分裂、化学气相沉积等。而目前尚未有制备氮化硼/银纳米颗粒复合材料的方法，本发明采用的是利用液相还原法制备氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料。初步研究发现，该工艺简便易行，设备要求低，通过这种方法制备的复合材料杂质含量少，在氮化硼纳米片表层生成的银纳米颗粒粒径较小，随机分布，和氮化硼纳米片的结合强度高。研究表明，这种复合材料有很好的表面等离子共振效应，可应用于光电探测技术中。同时这种复合材料具有较高的表面增强拉曼散射活性，使得其在生物探测器领域内具有巨大的潜在应用。

发明内容

本发明目的是提供一种以氮化硼粉末、异丙醇为原料，利用液相还原法制备氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的方法。其制备过程和步骤如下所述：

a.氮化硼纳米片制备

（1）称取500 mg 氮化硼粉末（98%）置于烧杯中，加入500 ml异丙醇，配制成氮化硼-异丙醇悬浮液，在室温下经低功率超声清洗器不连续超声处理10~15 h，其最佳值为12 h，得到氮化硼分散液；

（2）静置一夜之后，将分散液离心处理5~15 min，其最佳值为10 min，其转速为1000~3000 r/min，其最佳值为2000 r/min；吸取上层清液于洁净玻璃瓶中备用；

B.氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的制备

按一定摩尔比在上述得到的上层清液中先加入浓度为50% 的0.2 ml水合肼（N₂H₄·H₂O）溶液，并不断搅拌，得到氮化硼-水合肼混合液；

（2）按一定摩尔比即BN：N₂H₄·H₂O ：AgNO₃ =1:25:5，将浓度为 26.5 mg/ml的硝酸银（AgNO₃）溶液缓慢的滴加到氮化硼-水合肼混合液中，并不断搅拌5~10 h，其最佳值为6 h，然后在室温条件下用乙醇清洗并离心若干次，烘干得到氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料。

利用上述工艺制备的氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料具有以下形貌和拓扑特征：

（1）银纳米颗粒随机分布在氮化硼纳米片上，且与氮化硼纳米片结合强度高。

（2）氮化硼纳米片尺寸约在0.5 ~ 3 μm，银纳米颗粒大小在20 ~80 nm。

附图说明

图1 为本发明的主要工艺流程图。

图2 为本发明的氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料透射电子显微镜（TEM）照片。

图3 为本发明的氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料原子力显微镜（AFM）照片。

图4为本发明的氮化硼纳米片和氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的红外透射光谱图。

具体实施方式

现将本发明的具体实例详述于后。

实施例

制备氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的过程和步骤如下所述：

    称取500 mg 氮化硼粉末（98%）置于烧杯中，加入500 ml异丙醇，配制成氮化硼-异丙醇悬浮液，在室温下经低功率超声清洗器不连续超声处理10~15 h，其最佳值为12 h，得到氮化硼分散液。静置一夜之后，将分散液离心处理5~15 min，其最佳值为10 min，其转速为1000~3000 r/min，其最佳值为2000 r/min；吸取上层清液于洁净玻璃瓶中备用。

按一定摩尔比在上述得到的上层清液中先加入浓度为50% 的0.2 ml水合肼（N₂H₄·H₂O）溶液，并不断搅拌，得到氮化硼-水合肼混合液。按一定摩尔比即BN：N₂H₄·H₂O ：AgNO₃ =1:25:5，将浓度为 26.5 mg/ml的硝酸银（AgNO3）溶液缓慢的滴加到氮化硼-水合肼混合液中，并不断搅拌5~10 h，其最佳值为6 h，然后在室温条件下用乙醇清洗并离心若干次，烘干得到氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料。

本发明的工艺流程可参见图1。

本发明利用TEM和AFM对实例制备的氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料进行显微结构分析，并通过红外透射光谱研究其结构组成。

    其测试结果如下所述：

 图2为氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料TEM照片。图2(a)~（c）中我们可以看到直径约为0.5~3μm大小的氮化硼纳米片，同时也看到纳米片上分布着大小不一的银纳米颗粒，大小在20 ~ 80 nm之间。氮化硼为最佳的层片状结构，很薄，大概只有2~3层的厚度。图2（d）是银颗粒的电子衍射图。从图中，点阵排列整齐我们可以知道制备的银纳米颗粒是单晶。

图3为氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料AFM照片。从图3左边图中颜色较深的片状物质为氮化硼纳米片，颜色较亮的圆点是银纳米颗粒，从图中可以看出银纳米颗粒均匀分布在氮化硼纳米片上，大的氮化硼纳米片直径约为2 μm。从右图，我们可以看出，制备的氮化硼纳米片厚度约为0.76 nm，约2~3层氮化硼片。除此之外，我们还发现大量氮化硼碎片，这可能是跟氮化硼脆的机械性能有关。氮化硼纳米片在液相剥离的过程中受到超声振动而碎裂导致了小的氮化硼纳米片的形成。

图4为氮化硼纳米片和氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的红外透射光谱。从图中，我们可以观察到两个尖锐的吸收峰，分别位于806 cm^-1和1413 cm^-1。位于806 cm^-1的吸收峰是由于B-N-B的面外弯曲振动引起的。而位于1413 cm^-1的吸收峰是由sp²杂化的h-BN中B-N面内横向上振动产生的。此外，在3442 cm^-1我们还发现一个弱的吸收峰可以归因于吸附在样品表面的水分子中O-H的振动。

Claims (1)

1.一种氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于该方法具有以下的制备过程和步骤：

a.氮化硼纳米片制备

（1）称取500 mg 氮化硼粉末（98%）置于烧杯中，加入500 ml异丙醇（IPA），配制成氮化硼-异丙醇悬浮液，在室温下经低功率超声清洗器不连续超声处理10~15 h，其最佳值为12 h，得到氮化硼分散液；

（2）静置一夜之后，将分散液离心处理5~15 min，其最佳值为10 min，其转速为1000~3000 r/min，其最佳值为2000 r/min；吸取上层清液于洁净玻璃瓶中备用；

b.氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的制备

（1）在上述得到的上层清液中先加入浓度为50%的0.2 ml水合肼（N₂H₄·H₂O）溶液，并不断搅拌，得到氮化硼-水合肼混合液；

（2）按一定摩尔比即BN：N₂H₄·H₂O ：AgNO₃ =1:25:5，将浓度为 26.5 mg/ml的硝酸银（AgNO₃）溶液缓慢的滴加到氮化硼-水合肼混合液中，并不断搅拌5~10 h，其最佳值为6 h，然后在室温条件下用乙醇清洗并离心若干次，烘干得到氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料。

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