CN107151002A - 一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法 - Google Patents

一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107151002A
CN107151002A CN201710587064.XA CN201710587064A CN107151002A CN 107151002 A CN107151002 A CN 107151002A CN 201710587064 A CN201710587064 A CN 201710587064A CN 107151002 A CN107151002 A CN 107151002A
Authority
CN
China
Prior art keywords
boron nitride
concentrated sulfuric
sulfuric acid
intercalator
prepared
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710587064.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107151002B (zh
Inventor
袁颂东
朱星
袁泽纬
熊剑
江国栋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHENZHEN RUANXUN INFORMATION TECHNOLOGY CO LTD
Original Assignee
Shenzhen Ze Wei Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Ze Wei Technology Co Ltd filed Critical Shenzhen Ze Wei Technology Co Ltd
Priority to CN201710587064.XA priority Critical patent/CN107151002B/zh
Publication of CN107151002A publication Critical patent/CN107151002A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107151002B publication Critical patent/CN107151002B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
    • C01B21/0648—After-treatment, e.g. grinding, purification
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like

Abstract

本发明提供一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，包括如下步骤：室温下，将市售的块体氮化硼原料与浓硫酸均匀混合，搅拌，使浓硫酸插入氮化硼层间，得到均匀混合溶液；将均匀混合溶液快速倒入定量超纯水中，进行超声分散，得到氮化硼分散液；将氮化硼分散液经抽滤，洗涤至抽滤液pH值为中性后，再将滤渣均匀地分散到超纯水中，得到均匀分散液；将均匀分散液静置，去除大块未被剥离的氮化硼，取上层清液，即得到氮化硼纳米片分散液；将氮化硼纳米片分散液中的氮化硼纳米片分离出来，干燥，即得到产品氮化硼纳米片。本发明具有反应设备简单、反应时间短、成本低、产率高、环境友好、易于规模化生产、产品质量好等特点。

Description

一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法
技术领域
本发明涉及二维纳米材料制造技术领域，具体涉及一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法。
背景技术
六方氮化硼(h-BN)与石墨的结构类似，属于层状结构，其颜色为白色，故有“白石墨”之称。h-BN层内硼原子(B)与氮原子(N)以共价键结合，而层与层之间主要以范德华力结合，同时存在lip-lip键作用，因此块体BN纳米材料更难以剥离。六方氮化硼具有良好的物理化学特性，例如宽带隙(5.9eV)、高导热性(陶瓷中最好的导热材料之一)、耐高温(真空条件下能耐2000℃)、高强度(弹性模量为160Pa·m，稍微比石墨烯202Pa·m稍低)、强抗氧化性(抗氧化温度达900℃)、低热膨胀系数(10-6)、良好的中子吸收能力、可透波性(可透微波和红外线)、良好的抗磨减摩特性及高温绝缘性(2000℃时104Ω·cm)、化学性质稳定(与无机酸、碱及氧化剂不发生反应，对几乎所有的熔融金属都呈化学惰性)等。这些良好的物化性能使其在严苛环境下具有非常好的应用前景，例如在陶瓷、涂层、催化、电子、储能、润滑、复合材料等领域具有巨大的应用价值。
2004年石墨烯的成功制备改变了人们对单层二维纳米片不存在的认识，随后以BN与MoS2为代表二维纳米片状材料成为研究热点。2008年Pacilé等人首先采用微机械剥离法成功地制备出了寡层氮化硼纳米片，之后许多研究者采用不同的方法也成功制备出了BN纳米片，比如机械剥离法(球磨法、流体剥离法、等离子体刻蚀法、通过激光刻蚀多层氮化硼纳米管法)、超声辅助溶剂法、固相反应合成法、化学气相沉积法、液相剥离法、冷冻法等，但上述方法或多或少存在着产率低、反应条件难以控制、难以规模化放大、成本昂贵、BN纳米片尺寸小等缺点，不利于BN纳米片的规模化生产及应用，因此，开发具有廉价、温和有效地剥离高质量BN纳米片新方法具有重要意义和实用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，以解决六方氮化硼难剥离、难以规模化生产及氮化硼纳米片质量差等技术问题，具有设备简单、操作简便、产率较高、产品质量好、可实现规模化生产等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，包括如下步骤：
(1)室温下，将市售的块体氮化硼原料与浓硫酸(98wt％)均匀混合，搅拌，使浓硫酸插入氮化硼层间，得到均匀混合溶液；
(2)搅拌结束后，将均匀混合溶液快速倒入定量超纯水中，进行超声分散，得到氮化硼分散液；
(3)将氮化硼分散液经抽滤，洗涤至抽滤液pH值为6～8后，再将滤渣均匀地分散到超纯水中，得到均匀分散液；
(4)将均匀分散液静置，去除大块未被剥离的氮化硼，取上层清液，即得到氮化硼纳米片分散液；
(5)将氮化硼纳米片分散液中的氮化硼纳米片分离(通过抽滤或离心方式)出来，干燥，即得到产品氮化硼纳米片。
根据以上方案，所述块体氮化硼原料的粒径为5～7μm，所述块体氮化硼原料与浓硫酸的混合比为：每1mL浓硫酸中加入0.01～0.30g块体氮化硼原料。
根据以上方案，所述搅拌为磁力搅拌，转速为200～2000rpm，搅拌时间为3～24h。
根据以上方案，所述超声分散的时间为10～60min，超声功率为150W。
根据以上方案，所述静置的时间为12～72h。
根据以上方案，所述干燥的温度为40～80℃，时间6～12h。
本发明的方法为热膨胀法，其基本原理为：在不断搅拌的条件下，浓硫酸分子能够逐渐插入到六方氮化硼层间，使得氮化硼层间距拉大，层与层之间的范德华力减弱，再将浓硫酸与氮化硼混合液快速倒入到去离子水中，浓硫酸稀释放出大量的热，产生的热效应作用可使得氮化硼发生剥离，从而得到单层或寡层(2～10层)的氮化硼纳米片。
本发明采用的浓硫酸主要有两个作用：一是浓硫酸分子具有插层作用，可以进入到氮化硼层间化合物中，二是浓硫酸在稀释过程中会放出大量的热，使氮化硼层间发生剥离。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所用采用的搅拌、分散、抽滤、干燥等设备均为常用化工设备，设备简单，操作简便，整个制备过程工艺条件温和、容易控制，反应时间短，成本低，不需要复杂昂贵的生产设备，环境友好，可以实现规模化生产；
(2)本发明得到的氮化硼纳米片产率较高(可达14.3％)，氮化硼纳米片厚度可达单层至几层，厚度可达1～2nm，长宽约1μm，质量较好；
(3)本发明为氮化硼纳米片的规模化制备提供了一种新方法，为研究及应用氮化硼纳米片奠定了下基础。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的氮化硼纳米片产品的TEM图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1，见图1：
本发明提供一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，包括如下步骤：
(1)室温下，将市售的块体氮化硼原料(粒径5-7μm)与浓硫酸(98wt％)均匀混合，搅拌搅拌9h，使浓硫酸插入氮化硼层间，得到均匀混合溶液；
(2)搅拌结束后，将均匀混合溶液快速倒入500mL超纯水中，进行超声分散30min，得到氮化硼分散液；
(3)将氮化硼分散液经抽滤，洗涤至抽滤液pH值为7后，再将滤渣均匀地分散到500mL超纯水中，得到均匀分散液；
(4)将均匀分散液静置24h，去除大块未被剥离的氮化硼，取上层清液，即得到氮化硼纳米片分散液；
(5)将氮化硼纳米片分散液中的氮化硼纳米片通过抽滤方式分离出来，在60℃下干燥10h，即得到产品氮化硼纳米片。测其产率为11.1％。
为了比较本发明方法的效果，将块体氮化硼原料直接分散到同样量的超纯水中，静置24h后，原料氮化硼分散液不能稳定存在，出现了明显分层，而氮化硼纳米片分散液能很稳定存在。
采用透射电镜(TEM)对所得氮化硼样品进行了分析，如图1所示，由TEM图可知，氮化硼纳米片片层很薄，尺寸可达到亚微米级别，片层褶皱，与石墨烯观测的形貌相似，黑色区域为纳米片重叠区域，电子花样衍射说明样品仍为六方晶体，氮化硼的六方晶体结构没有被破坏。
实施例2：
如实例1所述，所不同的是：将0.5g市售的氮化硼块体原料(5-7μm)与10ml浓硫酸(98wt％)均匀混合搅拌9h。测其产率为14.3％。
实施例3：
如实例1所述，所不同的是：将1.0g市售的氮化硼块体原料(5-7μm)与10ml浓硫酸(98wt％)均匀混合搅拌6h。测其产率为9.2％。
实施例4：
如实例1所述，所不同的是：将1.0g市售的BN块体原料(5-7μm)与10ml浓硫酸(98wt％)均匀混合搅拌6h。测其产率为14.1％。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)室温下，将市售的块体氮化硼原料与浓硫酸均匀混合，搅拌，使浓硫酸插入氮化硼层间，得到均匀混合溶液；
(2)搅拌结束后，将均匀混合溶液快速倒入定量超纯水中，进行超声分散，得到氮化硼分散液；
(3)将氮化硼分散液经抽滤，洗涤至抽滤液pH值为6～8后，再将滤渣均匀地分散到超纯水中，得到均匀分散液；
(4)将均匀分散液静置，去除大块未被剥离的氮化硼，取上层清液，即得到氮化硼纳米片分散液；
(5)将氮化硼纳米片分散液中的氮化硼纳米片分离出来，干燥，即得到产品氮化硼纳米片。
2.根据权利要求1所述的以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，其特征在于，所述块体氮化硼原料的粒径为5～7μm，所述块体氮化硼原料与浓硫酸的混合比为：每1mL浓硫酸中加入0.01～0.30g块体氮化硼原料。
3.根据权利要求1所述的以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，其特征在于，所述搅拌为磁力搅拌，转速为200～2000rpm，搅拌时间为3～24h。
4.根据权利要求1所述的以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，其特征在于，所述超声分散的时间为10～60min，超声功率为150W。
5.根据权利要求1所述的以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，其特征在于，所述静置的时间为12～72h。
6.根据权利要求1所述的以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法，其特征在于，所述干燥的温度为40～80℃，时间6～12h。
CN201710587064.XA 2017-07-18 2017-07-18 一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法 Active CN107151002B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710587064.XA CN107151002B (zh) 2017-07-18 2017-07-18 一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710587064.XA CN107151002B (zh) 2017-07-18 2017-07-18 一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107151002A true CN107151002A (zh) 2017-09-12
CN107151002B CN107151002B (zh) 2019-09-06

Family

ID=59796814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710587064.XA Active CN107151002B (zh) 2017-07-18 2017-07-18 一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107151002B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112758950A (zh) * 2020-12-11 2021-05-07 江苏先丰纳米材料科技有限公司 一种硼烯纳米片及其制备方法
CN113735588A (zh) * 2021-07-06 2021-12-03 浙江天鹰机械密封件股份有限公司 一种抗脆裂的碳化硅材料的制备方法
CN114132903A (zh) * 2021-01-08 2022-03-04 上海联锴日用化工有限公司 一种亲水纳米氮化硼的制备方法
CN114592689A (zh) * 2022-02-11 2022-06-07 瑞洲建设集团有限公司 装配式建筑施工方法
CN114775054A (zh) * 2022-04-06 2022-07-22 中山大学 一种大面积少层/单层极化激元晶体及其制备方法
CN115072676A (zh) * 2022-06-22 2022-09-20 佛山(华南)新材料研究院 一种化学法辅助机械剥离制备二维材料的方法
CN115384137A (zh) * 2022-06-15 2022-11-25 杭州汉美新材料有限公司 一种用于同轴电缆的阻燃铝塑复合带及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103626141A (zh) * 2013-12-12 2014-03-12 山东大学 一种利用化学剥离制备六方氮化硼纳米片的方法
CN105197899A (zh) * 2015-09-28 2015-12-30 哈尔滨工业大学 一种氮化硼纳米片/四氧化三铁磁性纳米复合材料的制备方法
CN106082147A (zh) * 2016-05-31 2016-11-09 山东大学 一种稳定的液相化学剥离制备氮化硼纳米片的方法
CN106395768A (zh) * 2016-11-01 2017-02-15 吉林大学 一种超薄氮化硼纳米片的合成方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103626141A (zh) * 2013-12-12 2014-03-12 山东大学 一种利用化学剥离制备六方氮化硼纳米片的方法
CN105197899A (zh) * 2015-09-28 2015-12-30 哈尔滨工业大学 一种氮化硼纳米片/四氧化三铁磁性纳米复合材料的制备方法
CN106082147A (zh) * 2016-05-31 2016-11-09 山东大学 一种稳定的液相化学剥离制备氮化硼纳米片的方法
CN106395768A (zh) * 2016-11-01 2017-02-15 吉林大学 一种超薄氮化硼纳米片的合成方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李军奇等: "六方氮化硼纳米片的制备", 《陕西科技大学学报》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112758950A (zh) * 2020-12-11 2021-05-07 江苏先丰纳米材料科技有限公司 一种硼烯纳米片及其制备方法
CN112758950B (zh) * 2020-12-11 2023-11-14 江苏先丰纳米材料科技有限公司 一种硼烯纳米片及其制备方法
CN114132903A (zh) * 2021-01-08 2022-03-04 上海联锴日用化工有限公司 一种亲水纳米氮化硼的制备方法
CN113735588A (zh) * 2021-07-06 2021-12-03 浙江天鹰机械密封件股份有限公司 一种抗脆裂的碳化硅材料的制备方法
CN114592689A (zh) * 2022-02-11 2022-06-07 瑞洲建设集团有限公司 装配式建筑施工方法
CN114775054A (zh) * 2022-04-06 2022-07-22 中山大学 一种大面积少层/单层极化激元晶体及其制备方法
CN114775054B (zh) * 2022-04-06 2023-11-14 中山大学 一种大面积少层/单层极化激元晶体及其制备方法
CN115384137A (zh) * 2022-06-15 2022-11-25 杭州汉美新材料有限公司 一种用于同轴电缆的阻燃铝塑复合带及其制备方法
CN115072676A (zh) * 2022-06-22 2022-09-20 佛山(华南)新材料研究院 一种化学法辅助机械剥离制备二维材料的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107151002B (zh) 2019-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107151002B (zh) 一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法
KR101818703B1 (ko) 고속 균질화 전처리 및 고압 균질화를 이용한 그래핀의 제조 방법
US10472243B2 (en) Industrial method for preparing large-sized graphene
CN112758950B (zh) 一种硼烯纳米片及其制备方法
CN104973591B (zh) 一种高质量石墨烯及其制备方法
CN102153077A (zh) 一种具有高碳氧比的单层石墨烯的制备方法
CN107628610A (zh) 一种机械剥离法制备石墨烯以及石墨烯导电液的方法
CN107043105A (zh) 一种连续规模化制备高品质石墨烯的方法
CN108862257B (zh) 一种石墨烯的制备方法及装置
CN104556017B (zh) 一种高质量石墨烯的宏量制备方法
CN103991868A (zh) 一种石墨烯的制备方法
CN107922210A (zh) 磁性氧化铁‑石墨烯复合材料的制备方法
CN105565300A (zh) 高导热石墨烯膜的制备方法
CN102351238B (zh) 一种含有纳米孪晶结构的中空硫化铜晶体的制备方法
CN106082194B (zh) 一种制备大比表面积且层数较少的石墨烯的方法
CN108622887B (zh) 一种微波膨爆制备石墨烯的方法
CN108529573B (zh) 一种利用熔融碱和超声剥离技术制备六方氮化硼纳米片的方法
CN105776190B (zh) 一种螺杆机发泡膨胀拉伸制备石墨烯微片的方法
CN105936505B (zh) 一种单层石墨烯的制备方法
CN105315964A (zh) 一种四氧化三铁导电高分子石墨烯三元复合吸波剂的合成方法
CN107381559A (zh) 二维石墨烯及其制备方法
CN108862259B (zh) 一种石墨烯生产方法及装置
CN114471739B (zh) 一种氮化硼纳米片-石墨烯复合材料的制备方法
CN104828818A (zh) 一种微米石墨薄片的高效插层剥离方法及低阶石墨插层化合物和微米薄壁多孔膨胀石墨
CN104843683A (zh) 一种水性钛酸酯修饰石墨烯的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240401

Address after: 518000 No. 1, zone a, floor 3, building B2, Shenzhen digital technology park, No. 006, Gaoxin Nanqi Road, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong

Patentee after: SHENZHEN RUANXUN INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 518000 Room 201, building A, No. 1, Qian Wan Road, Qianhai Shenzhen Hong Kong cooperation zone, Shenzhen, Guangdong (Shenzhen Qianhai business secretary Co., Ltd.)

Patentee before: SHENZHEN ZEWEI TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Country or region before: China