CN110562938B - 一种微波剥离六方氮化硼的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波剥离六方氮化硼的方法，属于新材料制备领域，将六方氮化硼粉体通过微波剥离得到少层六方氮化硼纳米片的方法，所述少层六方氮化硼纳米片的平均层数为10层，本发明步骤简单，无腐蚀性强酸和高沸点有机盐的排放对环境造成大量污染的问题，所制备的少层六方氮化硼纳米片尺寸大且均匀，质量好，有很好的应用前景。

Description

一种微波剥离六方氮化硼的方法
技术领域
本发明涉及一种六方氮化硼的剥离方法，尤其是采用微波剥离六方氮化硼的方法，属于新材料制备领域。
背景技术
六方氮化硼是一种层状的二维材料，剥离成纳米片后具有优异的热导性和绝缘性、以及耐高温和耐腐蚀等性质，因而被广泛的应用在纳米器件、热传导、光电催化以及储能等领域。迄今，剥离六方氮化硼纳米片的方法主要有机械剥离法，液相剥离法以及化学剥离法。
申请号为201710128745.X的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，主要利用熔融碱对氮化硼进行处理，然后超声得到氮化硼纳米片，再将得到的纳米片进行熔融碱处理，超声得到纳米片的方法。
申请号为201610098488.5的使用共融盐高温剥离氮化硼粉末制备氮化硼纳米片的方法，主要是将氯化钠/氯化钾共熔盐与氮化硼粉末研磨混合，然后高温热处理，之后经过超声处理、过滤、清洗、干燥等步骤，制备得到氮化硼纳米片。
申请号为201310682250.3的一种利用化学剥离制备六方氮化硼纳米片的方法，主要是将六方氮化硼粉末与酸混合搅拌均匀，然后加入高锰酸钾，继续搅拌，制成混合物，置于冰浴中搅拌反应，然后滴加双氧水去除剩余的高锰酸钾，最后将反应产物水洗再溶于无水乙醇中分离，除去未剥离的氮化硼粉末，即得到氮化硼纳米片的方法。
然而，上述专利均涉及到高沸点有机盐或腐蚀性强酸、强碱在剥离过程中的使用，导致水洗之后废液排放到环境中造成了大量污染，不符合当前可持续发展的时代主题。
因此，急需要一种低成本，易操作，环保高效的剥离六方氮化硼的方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种微波剥离六方氮化硼的方法，步骤简单，无腐蚀性强酸和高沸点有机盐的排放对环境造成大量污染的问题，所制备的少层六方氮化硼纳米片尺寸大且均匀，质量好，有很好的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种微波剥离六方氮化硼的方法，将六方氮化硼粉体通过微波剥离得到少层六方氮化硼纳米片的方法，所述少层六方氮化硼纳米片的平均层数为10层。
本发明技术方案的进一步改进在于：包括如下步骤：
A、将过氧化氢和过氧乙酸按一定比例混合均匀得到混合液Ⅰ；
B、将六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声混合均匀后得到混合液Ⅱ；
C、将混合液Ⅱ在室温下静置一段时间后微波得到六方氮化硼纳米片；
D、将步骤B和步骤C重复多次后，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，然后进行离心分离得到少层六方氮化硼纳米片。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中过氧化氢的浓度为30%，过氧乙酸的浓度为5～20%。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中的过氧化氢：过氧乙酸的体积比为1～20:5～15。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中六方氮化硼粉体的目数为300～1000层，混合液Ⅰ的超声时间为30s。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤C中混合液Ⅱ在室温下静置1～24h，微波的功率为500w～700w。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤D中的重复次数为1～5次。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明在过氧化氢和过氧乙酸的混合溶液中通过微波剥离六方氮化硼，步骤简单、易操作，制得的少层六方氮化硼纳米片的尺寸大且均匀、层数低，有很好的应用前景。
本发明采用过氧化氢和过氧乙酸的混合溶液提供酸环境，价廉易得，同时无腐蚀性强酸和高沸点有机盐的排放，不需水洗，不会对环境造成污染；限定了过氧化氢：过氧乙酸的体积比为1～20:5～15，单独采用过氧化氢或过氧乙酸对六方氮化硼的剥离微弱，甚至无法剥离。
本发明先进行一次超声然后再进行微波剥离，超声时间为30s，使得六方氮化硼粉体与混合液Ⅰ混合均匀，为后续的微波剥离提供良好的剥离环境，得到的少层六方氮化硼纳米片尺寸比较均匀、层数低，同时微波功率为500w～700w，得到的少层六方氮化硼纳米片尺寸较大，性能优良。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的六方氮化硼纳米片的不同倍数下的FE-SEM图；
图2是本发明实施例1制备的六方氮化硼纳米片和六方氮化硼粉体的拉曼光谱图；
图3是本发明实施例1制备的六方氮化硼纳米片和六方氮化硼粉体的XRD衍射谱图。
图4是本发明实施例1制备的六方氮化硼纳米片的HRTEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
一种微波剥离六方氮化硼的方法，将六方氮化硼粉体通过微波剥离得到少层六方氮化硼纳米片的方法，所述少层六方氮化硼纳米片的平均层数为10层。
具体操作步骤如下：
A、将过氧化氢和过氧乙酸按一定比例混合均匀得到混合液Ⅰ；
其中，过氧化氢的浓度为30%，过氧乙酸的浓度为5～20%，过氧化氢：过氧乙酸的体积比为1～20:5～15；
B、将六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声混合均匀后得到混合液Ⅱ；
其中，六方氮化硼粉体的目数为300～1000层，混合液Ⅰ的超声时间为30s；
C、将混合液Ⅱ在室温下静置一段时间后微波得到六方氮化硼纳米片；
其中，混合液Ⅱ在室温下静置1～24h，微波的功率为500w～700w；
D、将步骤B和步骤C重复多次后，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，然后进行离心分离得到少层六方氮化硼纳米片；
其中，重复次数为1～5次。
实施例1：
将10mL浓度为30%的过氧化氢和15mL浓度为20%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将1g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置12h后进行500w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤3次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
如图1所示，可以观察到六方氮化硼经过微波处理后被剥离为少层六方氮化硼纳米片，可以清晰的透过少层六方氮化硼纳米片观察到铜网衬底，以及少层六方氮化硼纳米片出现轻微的褶皱，这都表明了少层六方氮化硼纳米片的成功剥离。如图2所示，六方氮化硼粉体和少层六方氮化硼纳米片都显示了在1365cm-1处的E2g峰，和六方氮化硼粉体相比较，少层六方氮化硼纳米片的E2g峰明显地变弱和右移，这充分显示了少层六方氮化硼纳米片的特征。如图3所示，将制备的少层纳米片用XRD衍射仪表征，可以看到与六方氮化硼粉体相比，少层六方氮化硼纳米片的特征峰左移，计算得到层间距增大了0.002nm，这是由于干燥后的少层六方氮化硼纳米片堆叠后，层间距相比于原始氮化硼粉体增加。如图4，通过HRTEM图片，可以清晰的看到剥离后的少层六方氮化硼纳米片为9层。
实施例2：
将1mL浓度为30%的过氧化氢和15mL浓度为10%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将1g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置24h后进行700w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤3次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例3：
将15mL浓度为30%的过氧化氢和15mL浓度为10%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将1g 1000目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置16h后进行500w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤5次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例4：
将1mL浓度为30%的过氧化氢和5mL浓度为20%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将1g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置8h后进行600w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤3次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例5：
将15mL浓度为30%的过氧化氢和5mL浓度为20%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将0.5g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置4h后进行500w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤3次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例6：
将10mL浓度为30%的过氧化氢和15mL浓度为10%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将1g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置15h后进行700w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤2次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例7：
将13mL浓度为30%的过氧化氢和15mL浓度为15%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将0.5g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置18h后进行500w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤3次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例8：
将15mL浓度为30%的过氧化氢和15mL浓度为20%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将0.5g 700目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置10h后进行500w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤4次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例9：
将16mL浓度为30%的过氧化氢和10mL浓度为5%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将0.5g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置24h后进行500w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤2次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例10：
将20mL浓度为30%的过氧化氢和5mL浓度为20%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将1g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置3h后进行600w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤3次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例11：
将10mL浓度为30%的过氧化氢和18mL浓度为10%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将1g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置15h后进行600w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤3次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。
实施例12：
将20mL浓度为30%的过氧化氢和15mL浓度为17%的过氧乙酸混合均匀制成混合液Ⅰ；将1g 300目六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声30s混合均匀，得到混合液Ⅱ，室温静置9h后进行700w微波即可得到六方氮化硼纳米片，重复超声和微波步骤1次，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，离心分离即可得到少层六方氮化硼纳米片。

Claims (3)

1.一种微波剥离六方氮化硼的方法，其特征在于：将六方氮化硼粉体通过微波剥离得到少层六方氮化硼纳米片的方法，所述少层六方氮化硼纳米片的平均层数为10层；
包括如下步骤：
A、将过氧化氢和过氧乙酸按一定比例混合均匀得到混合液Ⅰ；
B、将六方氮化硼粉体加入到混合液Ⅰ中超声混合均匀后得到混合液Ⅱ；
C、将混合液Ⅱ在室温下静置一段时间后微波得到六方氮化硼纳米片；
D、将步骤B和步骤C重复多次后，将得到的六方氮化硼纳米片在乙醇中超声分散，然后进行离心分离得到少层六方氮化硼纳米片；
所述步骤A中过氧化氢的浓度为30%，过氧乙酸的浓度为5～20%；过氧化氢：过氧乙酸的体积比为1～20:5～15；
所述步骤C中混合液Ⅱ在室温下静置1～24h，微波的功率为500w～700w。
2.根据权利要求1所述的一种微波剥离六方氮化硼的方法，其特征在于：所述步骤B中六方氮化硼粉体的目数为300～1000层，混合液Ⅰ的超声时间为30s。
3.根据权利要求1所述的一种微波剥离六方氮化硼的方法，其特征在于：所述步骤D中的重复次数为1～5次。
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