CN105774120A

CN105774120A - 制备金属纳米片的方法及金属纳米片

Info

Publication number: CN105774120A
Application number: CN201610201224.8A
Authority: CN
Inventors: 伍晖; 房明浩; 刘瀚文; 唐浩
Original assignee: Tsinghua University; China University of Geosciences Beijing
Current assignee: Tsinghua University; China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: CN105774120B

Abstract

本发明提出了制备金属纳米片的方法及金属纳米片。该方法包括：对至少两片金属片进行多次加压处理，以便获得多层金属纳米片，其中，所述至少两片金属片所含有的金属元素不全部相同。该方法能够快速、大规模地制备多层金属纳米片，且成本低廉、操作简便、对设备要求极低，且通过控制加压处理的次数即可调控金属纳米片的厚度。

Description

制备金属纳米片的方法及金属纳米片

技术领域

本发明涉及纳米技术领域，具体地，涉及制备金属纳米片的方法及金属纳米片。

背景技术

仅有单层或几层原子厚度的二维纳米材料由于具有高度的各向异性、超高的比表面积、特殊的量子效应和表面效应，成为材料领域研究的热点。目前通过机械剥离、液相化学剥离、化学气相沉积、湿化学合成、晶体外延生长等方法，能够制备各类金属氧化物或非金属化合物的二维纳米材料，如过渡金属硫化物、过渡金属(氢)氧化物、过渡金属碳氮化物(Mxene)以及氮化硼等。对于金属纳米材料而言，其特殊的物理化学性质与它们的化学组成，晶体结构、维度、尺寸、结晶性质和形貌等因素密切相关。例如，Au和Ag独特的表面等离子共振(Surfaceplasmonresonance，SPR)效应，表面增强拉曼散射(SurfaceenhancedRamanscattering,SERS)，化学催化活性以及在可见和近红外区间内可调的红外吸收光谱都与其形貌以及尺寸大小紧密相关。除了贵金属外，Fe，Co，Ni，Sn，Cu和Bi等非贵金属纳米材料也表现出与维度、尺寸和形貌强烈的关联性。二维金属纳米材料与对应的块体材料及其他维度的纳米材料相比，具有特殊的原子配位和电子结构，表现出与维度相关的特殊的输运性能，且分散性和稳定性好。

然而，目前二维金属纳米材料的高效、宏量制备仍是一个具有挑战的技术难题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

目前制备二维金属纳米材料的方法，如基于溶液相的化学还原法、模板辅助合成法、CO限域合成法、电化学合成法、光化学还原法以及物理气相沉积法等，普遍存在反应过程复杂、合成步骤繁琐、重复性和可控性差、耗时长，成本高昂安全性差，不利于宏量制备，且最终所制得的二维金属纳米片尺寸较小，可制备得到的金属种类有限等问题。发明人经过深入研究以及大量实验发现，这是由于金属晶体结构中金属键无方向性，金属原子表现出强烈的密堆积趋向，在三维空间呈最紧密排列，难以像那些本身具有层状结构或者在某一维方向上具有弱的范德华结合力的层状化合物那样，通过简单的机械剥离或者液相化学剥离的方法来获得二维的金属纳米薄片。目前制备二维金属纳米材料的方法，合成过程常使用有机配体来控制形貌和尺寸，得到的二维金属纳米片表面往往吸附有表面活性剂分子，大大降低了产物的反应活性。而物理气相沉积法，虽然可以实现二维金属薄膜的大规模制备，但是需要昂贵的设备和苛刻的真空或高温条件，而且只能在某些特定的基底上来沉积金属薄膜，这样得到的二维金属薄膜难以从基底上分离和转移，无法获得自支撑的二维金属薄膜，沉积得到的金属薄膜大多数情况下只能与基底共同使用，阻碍了二维金属纳米材料性能的理论研究和更广泛的实际应用。

有鉴于此，在本发明的第一方面，本发明提出了一种制备金属纳米片的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：对至少两片金属片进行多次加压处理，以便获得多层金属纳米片，其中，所述至少两片金属片所含有的金属元素不全部相同。该方法能够快速、大规模地制备多层金属纳米片，且成本低廉、操作简便、对设备要求极低，且通过控制加压处理的次数即可调控金属纳米片的厚度。

根据本发明的实施例，所述金属片是由单一金属或合金形成的，所述金属片含有Au、Ag、Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Os、Li、Na、Mg、Al、Cr、Mn、V、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Sb、Pb以及Bi的至少之一。上述金属元素组成的含有单一金属元素的金属片或合金片具有相似的硬度以及延展性，由上述元素形成的金属片能够较好地通过多次加压处理形成多层金属纳米片。

根据本发明的实施例，所述多次加压处理包括：(1)对所述至少两片金属片进行加压处理，以便获得金属混合片；(2)折叠所述金属混合片；(3)将经过所述折叠的所述金属混合片进行加压处理；(4)多次重复步骤(2)以及步骤(3)，以便获得所述多层金属纳米片。对含有不同材质的至少两片金属片进行加压处理，能够形成含有至少两层金属结构的金属混合片，对该金属混合片进行剪裁，然后再进行加压处理，可以使该金属混合片中所含有的金属层结构的层数翻倍，且可以降低该金属混合片中各层金属层的厚度。多次重复上述步骤之后，则可以利用金属自身的延展性获得多层金属纳米片。

根据本发明的实施例，所述金属片的厚度为0.001～10mm。厚度在上述范围内的金属片，可以简便地通过有限次数的加压处理获得单层厚度在纳米级别的多层金属纳米片。

根据本发明的实施例，所述加压处理为轴向加压处理或辊压处理。由此，可以保证施加在金属片上的压力较为均匀地分散在整片金属片上，从而可以保证获得的多层金属纳米片具有较为均匀的厚度。

根据本发明的实施例，所述加压处理为加热加压处理，所述加热加压处理的加热温度为200～800摄氏度。由此，可以提高加压处理的效率以及效果，加热处理可以消除多次加压处理造成的金属片加工硬化或者金属延展性降低，有利于维持金属片具有良好的塑性变形能力。

根据本发明的实施例，在两次所述加压处理之间，对经过所述加压处理后的金属片进行加热处理。由此，可以提高加压处理的效率以及效果，加热处理可以消除多次加压处理造成的金属片加工硬化或者金属延展性降低，有利于维持金属片具有良好的塑性变形能力。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：对经过所述多次加压处理的金属片进行加热处理，所述加热处理的温度为200～800摄氏度。由此，可以提高加压处理的效率以及效果，加热处理可以消除多次加压处理造成的金属片加工硬化或者金属延展性降低，有利于维持金属片具有良好的塑性变形能力。

根据本发明的实施例，该方法进一步包括：对所述多层金属纳米片进行处理，以便获得单层金属纳米片。由于上述多层金属纳米片由至少两种金属材质构成，通过除去多层金属纳米片中一种金属元素或合金成分的金属层结构，即可以获得一种或多种金属的单层金属纳米片。

根据本发明的实施例，所述处理为化学腐蚀、电化学腐蚀或者热腐蚀。根据需要去除的金属元素或合金的化学性质，选择适当的方法除去由该金属元素或者合金形成的金属层，即可获得多层金属纳米片中剩余成分构成的金属纳米片。

根据本发明的实施例，所述多层金属纳米片中，一层金属纳米片的厚度为0.9～21nm；所述单层金属纳米片的厚度为0.9～21nm。通过对多次加压处理次数的控制，可以将获得的多层或者单层金属纳米片中单片金属纳米片的厚度控制在上述范围内。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种金属纳米片。根据本发明的实施例，该金属纳米片是利用前面所述的方法制备的。该金属纳米片具有前面描述的方法制备的金属纳米片所具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。简单来说，该金属纳米片具有制备简便、成本低廉、便于大规模生产制备等特点。

附图说明

图1显示了根据本发明一个实施例制备的多层金属纳米片的结构示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的制备金属纳米片方法的流程示意图；

图3显示了根据本发明实施例1的银纳米片的原子力显微镜照片；

图4显示了根据本发明实施例2的银纳米片的扫描电子显微镜照片；

图5显示了根据本发明实施例3的多层金属纳米片以及金纳米片的扫描电镜照片；

图6显示了根据本发明实施例4的铁纳米片的扫描电子显微镜照片；

图7显示了根据本发明实施例6的镍纳米片的扫描电子显微镜照片；

图8显示了根据本发明实施例9的银钯双金属合金纳米片的扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种制备金属纳米片的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：对至少两片金属片进行多次加压处理，以便获得多层金属纳米片，其中，至少两片金属片所含有的金属元素不全部相同。利用金属良好的塑形变形能力，将两种或者两种以上不同材质的金属片叠放在一起，然后进行加压处理，并通过不断重复上述步骤，使形成的多层金属纳米片中每一层金属层的厚度均逐渐减薄，最终可使每一层金属层的厚度均降低至几十纳米以下，获得多层金属交替堆叠的结构。根据实际应用的需要，可以利用腐蚀技术除去该多层金属纳米片中不需要的金属元素组成的金属层，即可获得目标金属构成的金属纳米片。该方法能够快速、大规模地制备多层金属纳米片，且成本低廉、操作简便、对设备要求极低，且通过控制加压处理的次数即可调控金属纳米片的厚度。

需要说明的是，在本发明中，多次加压处理的具体方式不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。根据本发明的实施例，该加压处理可以为轴向加压处理或者辊压处理。由此，可以保证施加在金属片上的压力较为均匀地分散在整片金属片上，从而可以保证获得的多层金属纳米片具有较为均匀的厚度。加压处理的驱动方式可以为手动加压，也可以为电力牵引。此外，本领域技术人员能够理解的是，在进行加压处理之前，可以对金属片进行清洗等操作，以便除去金属片表面附着的杂质成分，从而可以提高利用该方法制备的金属纳米片的品质。

具体地，根据本发明的实施例，金属片是由单一金属或合金形成的。根据本发明的实施例，该金属片可以含有Au、Ag、Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Os、Li、Na、Mg、Al、Cr、Mn、V、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Sb、Pb以及Bi的至少之一。上述金属元素构成的金属片具有相似的硬度以及延展性，由上述元素形成的金属片能够较好地通过多次加压处理形成多层金属纳米片。根据本发明的实施例，该金属片的厚度可以为0.001～10mm。厚度在上述范围内的金属片，可以简便地通过有限次数的加压处理获得单层厚度在纳米级别的多层金属纳米片。

根据本发明的实施例，选择至少两片金属片并进行多次加压处理，以便获得多层金属纳米片。其中，至少两片金属片所含有的金属元素不全部相同。具体地，对至少两片金属片进行加压处理，上述金属片在压力的作用下，形成含有至少两层金属层的金属混合片。对该金属混合片进行多次重复加压处理，则可以利用金属自身的延展性，降低该金属混合片中每一层金属层的厚度，从而最终获得具有多层金属结构的多层金属纳米片。本领域技术人员能够理解的是，在本发明中，“至少两片金属片所含有的金属元素不全部相同”指的是通过选择金属片所含有的金属元素，使最终形成的多层金属纳米片中相邻两层金属层的化学成分不完全相同，从而可以利用不同成分的金属或者合金之间的区别，将相邻两层金属层间隔开。如果相邻的两层金属层具有相同的化学成分，在多次加压过程中，将由于相邻两层金属层之间粘合而导致最终获得的多层金属层之间无法分离，达不到减薄的目的。例如，根据本发明的具体实施例，可以选择由两片以上由不同金属元素形成的含有单一金属元素的金属片进行多次加压处理；也可以选择一种含有单一金属元素的金属片与合金片进行加压处理；或者，还可以选择两种不同的合金片进行加压处理。由此，参考图1，可以形成多层金属纳米片100，该多层金属纳米片100中含有多层金属纳米片结构，该多层金属纳米片结构由多种单一金属层交替堆叠、多种合金层交替堆叠或者单一金属、合金层交替堆叠形成。该方法利用金属良好的塑性变形能力，通过多次加压处理，使金属片的厚度逐渐被减薄，获得由至少两种金属材质形成的多层金属层交替堆叠的结构，最终可使每层金属层的厚度降低至几十纳米以下。

下面根据本发明的具体实施例，对该方法进行详细描述。参考图2，该方法可以包括：

S100加压处理

根据本发明的实施例，在该步骤中，对至少两片金属片进行加压处理，以便获得金属混合片。需要说明的是，在该步骤中，加压处理的具体方式不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。根据本发明的实施例，该加压处理可以为轴向加压处理或者辊压处理。加压处理的驱动方式可以为手动加压，也可以为电力牵引。由此，可以保证施加在金属片上的压力较为均匀地分散在整片金属片上，从而可以保证获得的多层金属纳米片具有较为均匀的厚度。例如，可以采用辊压机，对金属片进行辊压处理。经过辊压处理的多片(至少2片)金属片形成具有多层金属层结构的金属混合片。

S200折叠

在该步骤中，将金属混合片进行折叠。需要说明的是，在该步骤中，“折叠”可以是将该金属混合片进行对折处理，也可以是将该混合金属片进行剪裁获得两片混合金属片，再将两片混合金属片叠放。例如，可以将金属混合片剪裁获得两片混合金属片，然后将两片混合金属片按照不同成份的金属层相邻的次序叠放；或者，可以采用两片具有不同面积的金属片进行加压处理，形成局部具有两层金属层的混合金属片，再将混合金属片中只有一层金属层的部分折叠至混合金属片中具有两层金属层的部分上。由此，可以形成金属层A-金属层B-金属层A的结构。由此，便于后续步骤中对两片金属混合片进行进一步加压处理，从而可以增加该金属混合片中金属层的层数，进而可以更好地利用成份差异将相邻的金属层间隔开来，有利于在加压处理的过程中利用金属自身的延展性减薄金属层的厚度。

S300再次加压处理

根据本发明的实施例，在该步骤中，对经过折叠的金属混合片进行再次加压处理。根据本发明的实施例，对金属混合片进行加压处理的条件可以与前面描述的对金属片进行加压处理的条件相同，也可以稍有区别，只要能够利用加压处理，将两片金属混合片压成一片，形成新的金属混合片，且新形成的金属混合片中金属层的层数翻倍即可。换句话说，在该步骤中，再次加压处理的具体参数不受特别限制，但本领域技术人员能够理解的是，在对两片金属混合片进行再次加压处理之前，要通过对两片金属混合片进行叠放，避免成分完全相同的金属层直接接触。根据本发明的具体实施例，对金属混合片进行加压处理的条件可以与第一次对金属片进行加压处理的条件相同，从而可以简化制备步骤，节省生产成本。

S400多次重复

根据本发明的实施例，在该步骤中，多次重复剪裁以及再次加压处理步骤。具体地，对再次加压处理形成的金属混合片进行剪裁处理，获得两片金属层层数翻倍的金属混合片。然后，对这两片金属混合片再进行再次加压处理，并重复上述过程多次。由此，通过多次剪裁以及多次加压处理，能够逐渐减薄金属混合片中单层金属层的厚度，最终获得多层金属纳米片。在形成的多层金属纳米片中，每一层金属纳米片的厚度均可降低至几十纳米以下。具体地，该多层金属纳米片中，任意一层的金属纳米片的厚度可以在0.9～21nm之间。本领域技术人员可以根据所选用的金属片的初始厚度以及延展性能对加压处理的次数进行设计，根据本发明的实施例，加压处理的次数可以为3～500次，以便获得不同厚度的金属纳米片。

根据本发明的实施例，为了提高加压处理的效率以及效果，加压处理可以为加热加压处理。加热加压处理的加热温度为200～800摄氏度。加热的具体温度可以根据金属片所含金属元素的塑形变形能力进行设置。由此，可以提高加压处理的效率以及效果，并且加热处理可以消除多次加压处理造成的金属片加工硬化或者金属延展性降低，有利于维持金属片具有良好的塑性变形能力。

根据本发明的实施例，为了防止多次加压处理造成的金属片加工硬化或者金属延展性降低，可以在多次加压处理之间，增加辅助热处理过程来维持金属片的延展性。具体地，辅助热处理可以为针对不同金属元素采取退火、淬火或者回火处理。

根据本发明的具体实施例，可以在多次加压处理之中的其中两次加压处理之间，对经过加压处理的金属片进行加热处理。加热处理的温度可以为200～800摄氏度，加热的具体温度可以根据金属片所含金属元素的塑形变形能力进行设置。由此，可以提高加压处理的效率以及效果，加热处理可以消除多次加压处理造成的金属片加工硬化或者金属延展性降低，有利于维持金属片具有良好的塑性变形能力。对经过加热处理的金属片继续进行加压处理，直至获得的多层金属纳米片中任意金属层的厚度满足生产设定。

根据本发明的另一些实施例，还可以在完成多次加压处理之后，对经过多次加压处理的金属片进行加热处理。加热处理的温度可以为200～800摄氏度。由此，可以提高加压处理的效率以及效果，加热处理可以消除多次加压处理造成的金属片加工硬化或者金属延展性降低，有利于维持金属片具有良好的塑性变形能力。

由于上述多层金属纳米片中含有至少两种金属层，根据本发明的实施例，本领域技术人员可以根据实际需要，对上述多层金属纳米片进行处理，获得单层金属纳米片。具体地，可以根据多层金属纳米片中所包含的金属层的化学性质，利用化学腐蚀、电化学腐蚀或者热腐蚀除去上述多层金属纳米片中的一种或多种金属层，从而获得剩余金属的二维纳米片。例如，选用金属Ag片以及金属Al片进行多次加压处理，即可获得含有Ag层以及Al层交替堆叠形成的多层金属纳米片。后续利用碱液对该多层金属纳米片进行处理，即可除去其中的Al层，剩余只有Ag层形成的多个单层金属纳米片。本领域技术人员可以理解的是，上述化学腐蚀、电化学腐蚀或者热腐蚀的具体条件可以根据实际情况(如多层金属纳米片的组成、需要除去以及剩余的金属层的成分等)进行选择。

综上所述，本发明提出的方法具有以下特征以及优点：

1、本发明所使用的原料为金属片，金属在合适的温度下普遍具有良好的塑性变形能力，因而本发明所提供的方法对单一金属元素或合金二维纳米材料的制备普遍适用。

2、该方法直接使用金属片或合金片为原料，无需使用金属有机化合物或盐，而且压延减薄过程是一个物理过程，生产成本较使用金属有机化合物或盐的液相化学法低，效率高。

3、本发明制备的二维金属纳米材料的片层厚度在0.9至1000nm范围内可调控。

4、该方法所需生产设备简单，制备条件温和，工艺过程易于控制，耗时短，除腐蚀过程外，不会造成任何污染，是一种环保的物理制备方法。

5、该方法制备得到的二维金属纳米片尺寸大，产量高，分散性、稳定性好，易于进行放大生产，为二维超薄金属纳米材料的规模化生产和实际应用提供了一条切实可行的途径。

下面通过具体实施例对本发明进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围，另外，如无特殊说明，则未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法，所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。

实施例1：二维银(Ag)纳米片的制备

(1)金属片的准备：将金属银片(纯度99.9％，厚度0.2mm)和金属铝片(纯度99.5％，厚度0.5mm)依次用无水乙醇、丙酮和无水乙醇各超声清洗10min，待清洗过的银片和铝片烘干后裁剪成大小为15mm×25mm的规则形状薄片；

(2)将(1)中所准备的具有相同尺寸的银片和铝片叠放在一起，采用辊压机将叠放在一起的银片和铝片进行辊压延展，然后将压延后的Ag-Al金属片对称剪开，把剪开后的金属片叠放在一起继续进行压延，照此不断重复上述叠放-压延过程至30次，即可得到由二维的银纳米片和铝纳米片交替堆叠组成的层状结构。将重复叠放-压延30次后的Ag-Al多层金属结构用2mol/L的NaOH溶液充分腐蚀去除Al层以后，得到了尺寸在450nm～14μm，厚度在0.9～8nm范围内的二维银纳米薄片。图3为制备得到的二维银纳米片的原子力显微镜照片，其厚度为0.9nm。

实施例2：二维银(Ag)纳米片的制备

(1)金属片的准备：将金属银片(纯度99.9％，厚度0.2mm)和金属铝片(纯度99.5％，厚度0.5mm)依次用无水乙醇、丙酮和无水乙醇分别超声清洗10min，待清洗过的银片和铝片烘干后裁剪成大小为15mm×25mm的规则形状薄片；

(2)将(1)中准备好的具有相同尺寸的银片和铝片叠放在一起，用小型辊压机将叠放在一起的银片和铝片进行压延，然后将压延后的Ag-Al金属片进行完全对折(实质为对折叠放)，把对折后的金属片继续进行辊压延展，照此重复上述对折-压延过程至20次，即得到由二维的银纳米片和铝纳米片交替排列组成的层状结构。将重复对折-压延20次后的Ag-Al多层金属结构用电化学腐蚀的方法去除Al层以后，得到了尺寸在800nm～22μm，厚度在6～16nm范围内的二维银纳米薄片。图4为制备得到的二维银纳米片的扫描电子显微镜照片。

实施例3：二维金(Au)纳米片的制备

(1)金属片的准备：将金属金片(纯度99.99％，厚度0.15mm)和金属银片(纯度99.9％，厚度0.2mm)依次用无水乙醇、丙酮和蒸馏水分别超声清洗15min，烘干后分别裁剪成尺寸为10mm×15mm的规则形状薄片，

(2)将(1)中准备好的相同大小的金片和银片叠放在一起，采用小型辊压机将叠放在一起的金片和银片进行压延，然后将压延后的Au-Ag金属片进行完全对折(实质为对折叠放)，把对折后的金属片继续进行辊压延展，照此重复上述对折-压延过程至18次，即得到由二维的金纳米片和银纳米片交替排列组成的层状结构，见图5(a)。将重复对折-压延18次后的Au-Ag多层金属结构用质量分数为60％的HNO₃充分腐蚀去除Ag层以后，得到了尺寸在650nm～15μm，厚度在5～14nm范围内的二维金纳米片，见图5(b)。

实施例4：二维铁(Fe)纳米片的制备

(1)金属片的准备：将金属铁片(纯度99.99％，厚度0.5mm)和铝片(纯度99.5％，厚度0.5mm)依次用无水乙醇、丙酮和无水乙醇分别超声清洗10min，清洗完的铁片和铝片用氮气迅速吹干，然后裁剪成大小为20mm×25mm的规则形状薄片备用；

(2)将(1)中准备好的具有相同尺寸的铁和铝的金属片叠放在一起，采用小型辊压机将叠放在一起的铁片和铝片进行压延，然后将压延后的Fe-Al金属片对称剪开，把剪开后的金属片叠放在一起继续进行辊压延展，照此重复上述叠放-压延过程至25次，即得到由二维的铁纳米片和铝纳米片交替堆叠组成的层状结构。将重复叠放-压延25次后的Fe-Al多层金属结构用5mol/L的NaOH溶液充分腐蚀去除Al层以后，得到了尺寸在950nm～28μm，厚度在4～10nm范围内的二维超薄铁纳米片。图6为制备得到的二维铁纳米片的透射电子显微镜照片，呈明显的片状形貌，其大小约为8μm。

实施例5：二维铜(Cu)纳米片的制备

(1)金属片的准备：将金属铜片(纯度99.9％，厚度0.5mm)和铝片(纯度99.5％，厚度0.25mm)依次用无水乙醇、丙酮和蒸馏水分别超声清洗15min，清洗完的铜片和铝片用氮气迅速吹干，然后裁剪成尺寸为20mm×30mm的规则形状金属片；

(2)将(1)中准备好的金属铜片和铝片叠放在一起，采用小型辊压机将叠放在一起的铜片和铝片进行压延，然后将压延后的Cu-Al金属片进行完全对折(实质为对折叠放)，把对折后的金属片继续进行辊压延展，照此不断重复上述的对折-压延过程。为了维持铜片良好的塑性变形能力，每隔5次对折-压延后，将Cu-Al金属片在480℃进行真空退火处理3h，直至重复对折-压延次数为15次，即得到由二维的铜纳米片和铝纳米片交替堆叠组成的层状结构。将辊压15次后的Cu-Al多层金属结构用1mol/L的NaOH溶液充分腐蚀去除Al层以后，得到了尺寸在1～36μm，厚度在9～21nm范围内的二维铜纳米片。

实施例6：二维镍(Ni)纳米片的制备

(1)金属片的准备：将金属镍片(纯度99.5％，厚度0.3mm)和铝片(纯度99.5％，厚度0.5mm)依次用无水乙醇、丙酮和无水乙醇分别超声清洗10min，清洗完的铜片和铝片用压缩空气迅速吹干，然后裁剪成尺寸为15mm×25mm的规则形状金属片；

(2)将(1)中准备好的金属镍片和铝片叠放在一起，采用辊压机将叠放在一起的镍片和铝片进行压延，然后将压延后的Ni-Al金属片对称剪开，将剪开后的金属片叠放在一起继续进行辊压延展，照此重复上述叠放-压延过程至30次，即得到由二维的镍纳米片和铝纳米片交替排列组成的多层金属结构。将重复叠放-压延30次后的Ni-Al多层金属结构用浓度为5mol/L的NaOH溶液充分溶解去除Al层以后，得到了尺寸在700nm～20μm，厚度在2～10nm范围内的二维镍纳米片。图7为制备得到的二维镍纳米薄片的扫描电子显微镜照片，其大小约为8μm。扫描电子显微镜的能谱显示，获得的镍纳米片中仅含有镍元素(Si为样品基底峰)，表明Al层被充分除去。

实施例7：二维钛(Ti)纳米片的制备

(1)金属片的清洗：将金属钛片(纯度99.9％，厚度0.25mm)和铝片(纯度99.5％，厚度0.5mm)依次用无水乙醇、丙酮和无水乙醇分别超声清洗15min，清洗完的银片和铝片用压缩空气迅速吹干，然后裁剪成尺寸为20mm×40mm的规则形状薄片；

(2)将(1)中准备好的金属钛片和铝片叠放在一起，采用电动辊压机将叠放在一起的钛片片和铝片在550℃下进行压延，然后将压延后的Ti-Al金属片对称剪开，将剪开后的金属片叠放在一起后继续进行辊压延展，照此重复上述叠放-压延过程至40次，即得到由二维的钛纳米片和铝纳米片交替排列组成的层状结构。将重复叠放-压延40次后的Ti-Al多层金属结构用浓度为2mol/L的NaOH溶液充分溶解去除Al层以后，得到了尺寸在450nm～18μm，厚度在3～15nm范围内的二维钛纳米片。

实施例8：二维铝(Al)纳米片的制备

(1)金属片的清洗：将金属铝片(纯度99.5％，厚度0.25mm)和镁片(纯度99.5％，厚度0.15mm)依次用无水乙醇、丙酮和无水乙醇分别超声清洗10min，清洗完的铝片和镁片用氮气迅速吹干后裁剪成大小为15mm×25mm的规则形状薄片；

(2)将(1)中准备好的金属的铝片和镁片叠放在一起，采用辊压机将叠放在一起的铝片和镁片进行压延，然后将压延后的Mg-Al金属片完全对折(实质为对折叠放)，把对折后的金属片继续进行辊压延展，照此重复上述对折-压延过程至25次，即得到由二维的铝纳米片和镁纳米片交替排列组成的多层金属结构。将上述重复叠放-压延25次后的Al-Mg多层金属结构在500℃、真空条件下热处理6h使金属镁完全蒸发后，即得到了尺寸在550nm～31μm，厚度在7～19nm范围内的二维铝纳米片。

实施例9：二维银钯双金属合金纳米片的制备

(1)金属片的准备：将银钯双金属合金片(AgPd40，厚度0.2mm)和铝片(纯度99.5％，厚度0.25mm)依次用无水乙醇、丙酮和蒸馏水分别超声清洗15min，清洗完的银钯双金属合金片和铝片干燥后后裁剪成大小为15mm×25mm的规则形状薄片；

(2)将(1)中准备好的银钯双金属合金片和铝片叠放在一起，采用辊压机将叠放在一起的和铝片进行压延，然后将压延后的AgPd40-Al金属片对称剪开，将剪开后的银钯双金属合金片和铝片叠放在一起继续进行压延，照此重复上述对折-压延过程至30次，即得到由二维的银钯双金属合金纳米片和铝纳米片交替排列组成的多层金属结构。将上述重复叠放-压延30次后的AgPd40-Al多层金属结构用浓度为2mol/L的NaOH溶液充分溶解去除Al层以后，得到了尺寸在500nm～15μm，厚度在2～8nm范围内的二维银钯双金属合金纳米片，见图8。

实施例10：二维铝合金纳米片的制备

(1)金属片的准备：将3003铝合金片(厚度0.25mm)和镁片(纯度99.5％，厚度0.15mm)依次用无水乙醇、丙酮和蒸馏水分别超声清洗10min，清洗完的铝合金片和镁片用氮气迅速吹干后裁剪成大小为20mm×25mm的规则形状薄片；

(2)将(1)中准备好的铝合金片和镁片叠放在一起，采用辊压机将叠放在一起的铝合金片和镁片进行压延，然后将压延后粘在一起的铝合金片和镁片对称剪开，把剪开后的铝合金片和镁片叠放在一起后继续进行辊压延展，照此重复上述叠放-压延过程至10次后，将压延10次后的铝合金片和镁片在280℃下退火处理2.5h，再继续重复叠放-压延过程至20次，即得到由二维的铝合金纳米片和镁纳米片交替排列组成的多层金属结构。将上述重复叠放-压延20次后的铝合金和镁的多层金属结构在500℃、真空条件下热处理6h使金属镁完全蒸发后，即得到了尺寸在700nm～25μm，厚度在9～20nm范围内的二维铝合金纳米片。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种制备金属纳米片的方法，其特征在于，包括：对至少两片金属片进行多次加压处理，以便获得多层金属纳米片，

其中，所述至少两片金属片所含有的金属元素不全部相同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属片是由单一金属或合金形成的，所述金属片含有Au、Ag、Pt、Rh、Pd、Ir、Ru、Os、Li、Na、Mg、Al、Cr、Mn、V、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn、Sb、Pb以及Bi的至少之一。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多次加压处理包括：

(1)对所述至少两片金属片进行加压处理，以便获得金属混合片；

(2)折叠所述金属混合片；

(3)将经过所述折叠的所述金属混合片进行加压处理；

(4)多次重复步骤(2)以及步骤(3)，以便获得所述多层金属纳米片。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属片的厚度为0.001～10mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加压处理为轴向加压处理或辊压处理。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加压处理为加热加压处理，所述加热加压处理的加热温度为200～800摄氏度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在两次所述加压处理之间，对经过所述加压处理后的金属片进行加热处理。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：对经过所述多次加压处理的金属片进行加热处理，所述加热处理的温度为200～800摄氏度。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：对所述多层金属纳米片进行处理，以便获得单层金属纳米片，

任选地，所述处理为化学腐蚀、电化学腐蚀或者热腐蚀；

任选地，所述多层金属纳米片中，一层金属纳米片的厚度为0.9～21nm；

所述单层金属纳米片的厚度为0.9～21nm。

10.一种金属纳米片，其特征在于，所述金属纳米片是利用权利要求1-9任一项方法制备的。