CN111606312B - 通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法和装置，涉及材料领域，解决了液相超声剥离法中BNNS非常不容易从h‑BN中剥离出来的问题。本发明通过产生电弧等离子体对h‑BN进行表面预处理，使h‑BN片层表面活化，再通过超声处理对h‑BN进行剥离，使剥离得到的BNNS分散在特定的溶剂中，再通过离心、洗涤、干燥等步骤获取结构稳定层片、完整完整、厚度薄的BNNS。本发明方法和装置所需原料成本低，操作简便，制备的氮化硼纳米片产量高、质量好，整个过程绿色无污染，适合工业化生产。

Description

通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法和装置
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法和装置，制备氮化硼纳米片。
背景技术
氮化硼(BN)是氮原子和硼原子构成的晶体，有六方、立方、无定形等多种晶型，其中，六方氮化硼(h-BN)是最为常见的晶型。传统h-BN大粒径粒子是一种与石墨结构类似的六方形层片结构，由大量BN层片堆积而成。BNNS是从h-BN中分离出的单层晶格结构二维纳米材料，由于二维纳米材料极高的长径比(超过1000)，导致BNNS沿面内方向传热性大幅增强，展现出了比h-BN更优异的性能。BNNS具有超高的热导率(～2000W·m-1K-1)、宽能级间隙(～5.9eV)，因此是一种优良的绝缘材料。此外，BNNS还具有很高的化学稳定性、耐热性、高温抗氧化性以及低介电常数和低介电损耗，在高压电气设备的绝缘系统中拥有广泛的应用前景，是一类改性聚合物中很有前景的高性能绝缘填料。
现有的BNNS的制备方法分为“自下而上”的合成法和“自上而下”的剥离法两大类，其中合成法主要为化学气相沉积法，此法制备成本高且产量较低，难以规模化生产。剥离法主要有机械剥离法和化学剥离法，通过物理或者化学方法对h-BN的层间施加作用力，使单片或少数BNNS从堆积层中剥离出来。液相超声剥离法由于其成本低、操作简便、剥离效果好，是最有潜力大规模生产BNNS的方法，该方法利用溶剂分子与h-BN表面之间的相互作用，通过长时间的超声剥离获得BNNS。然而，由于h-BN层片之间存在强范德华力作用以及带局部离子键性质的作用力，BNNS非常不容易从h-BN中剥离出来。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：液相超声剥离法中BNNS非常不容易从h-BN中剥离出来，本发明提供了解决上述问题的通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法和装置，通过特定的物理或化学方法预先对h-BN进行处理，以减弱h-BN分子层间作用力，是提高超声剥离效率的简单高效措施，同时又缩短超声时间，从而实现BNNS高质量高产率制备。
本发明通过下述技术方案实现：
通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法，包括以下步骤：
步骤1：将氮化硼纳米粉平铺放入两块聚四氟乙烯绝缘板之间，氮化硼纳米粉中颗粒的平均粒径为5μm～10μm，所述绝缘板的厚度为3mm，两块绝缘板的间隙为0.18mm；
步骤2：等离子处理：在两块绝缘板的间隙中施加直流电压，产生气隙放电，所述氮化硼纳米粉在绝缘板之间的电弧等离子体中持续振动3～6分钟，直流电压为30～50kV；
步骤3：取所述步骤2中等离子体处理后的氮化硼纳米粉溶于极性有机溶剂中，搅拌均匀分散后得到第一分散液，所述极性有机溶剂为异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种，所述步骤3中，在第一分散液中，氮化硼的质量与第一分散液的溶剂的体积比为1:2mg/mL～1:10mg/mL；
步骤4：将所述步骤3搅拌处理后的第一分散液放入超声清洗机中处理，得到第二分散液，所述超声清洗机超声的功率为200W，超声频率为40kHz，超声时间为4小时；
步骤5：将所述步骤4得到的第二分散液放入离心机中离心处理，得到上清液和沉淀物，所述离心机的转速为3000rpm，离心时间为10min；
步骤6：将所述步骤5中的上清液反复3～5次进行步骤5后，得到最后的上清液进行抽滤，再将抽滤后得到的固体物放入真空烘箱中干燥，得到氮化硼纳米片。
还包括一种实施上述方法的装置。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明通过产生电弧等离子体对h-BN进行表面预处理，使h-BN片层表面活化，减弱h-BN层片间的作用力；再通过超声处理对h-BN进行剥离，使剥离得到的BNNS分散在特定的溶剂中，再通过离心、洗涤、干燥等步骤获取结构稳定层片、完整完整、厚度薄的BNNS。
本发明方法所需原料成本低，操作简便，制备的氮化硼纳米片产量高、质量好，整个过程绿色无污染，适合工业化生产。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明剥离六方氮化硼(h-BN)得到氮化硼纳米片(BNNS)的示意图。
图2为本发明未剥离的h-BN的透射电镜(TEM)照片。
图3为本发明未剥离的h-BN的扫描电镜(SEM)照片。
图4为本发明实施例1制得的BNNS的透射电镜(TEM)照片。
图5为本发明实施例1制得的BNNS的扫描电镜(SEM)照片。
图6为本发明实施例2制得的BNNS的透射电镜(TEM)照片。
图7为本发明实施例2制得的BNNS的扫描电镜(SEM)照片。
图8为本发明实施例3制得的BNNS的透射电镜(TEM)照片。
图9为本发明实施例3制得的BNNS的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施方式
在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1：
应用实施通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法的装置，如图1所示，进行操作步骤如下：
步骤1：称取粒径为10μm的氮化硼纳米粉100mg置于两块绝缘板中，如图2、3所示，绝缘板的间隙为0.18mm，所述绝缘板的厚度为3mm；
步骤2：等离子处理：在两块绝缘板的间隙中施加直流电压30kV，产生气隙放电，所述氮化硼纳米粉在绝缘板之间的电弧等离子体中持续振动3分钟；
步骤3：取所述步骤2中等离子体处理后的氮化硼纳米粉溶于40ml异丙醇中，搅拌均匀分散后得到第一分散液，；
步骤4：将所述步骤3搅拌处理后的第一分散液放入超声清洗机中处理4小时，所述超声清洗机超声的功率为200W，超声频率为40kHz，得到第二分散液；
步骤5：将所述步骤4得到的第二分散液放入离心机中离心处理10min，所述离心机的转速为3000rpm，得到上清液和沉淀物，离心完毕取液体部分为BNNS的分散液，离心所得沉淀物为未剥离的h-BN；
步骤6：将所述步骤5中的上清液反复3～5次进行步骤5后，得到最后的上清液进行抽滤，再将抽滤后得到的固体物放入真空烘箱80℃干燥48h后，得到氮化硼纳米片(BNNS)，如图4、5所示。
在实施例1基础上的实施例2：
该实施例2与实施例1基本相同，唯一不同之处在于步骤2中等离子体处理时间为6min，如图6、7所示。
在实施例1基础上的实施例3：
该实施例3与实施例1基本相同，唯一不同之处在于不需要步骤(2)，如图8、9所示。
通过比较实施例1、2、3的TEM图片可以看出，实施例1和实施例2制得的BNNS透明度较高，而且边缘都有明显的折叠形状，表明了BNNS片层很薄，但实施例3制得BNNS明显较暗，没有折叠的形状，证明了等离子体处理过的h-BN相较于未经过处理的h-BN更容易剥离；而实施例2的BNNS的TEM展现了最高的透明度，表现出等离子体处理时间越长，对h-BN的剥离效果越好。实施例的SEM图片展现了与TEM图片同样的效果。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将氮化硼纳米粉平铺放入两块聚四氟乙烯绝缘板之间；
步骤2：等离子处理：在两块绝缘板的间隙中施加直流电压，产生气隙放电，所述氮化硼纳米粉在绝缘板之间的电弧等离子体中持续振动一段时间；
步骤3：取所述步骤2中等离子体处理后的氮化硼纳米粉溶于极性有机溶剂中，搅拌均匀分散后得到第一分散液；
步骤4：将所述步骤3搅拌处理后的第一分散液放入超声清洗机中处理，得到第二分散液；
步骤5：将所述步骤4得到的第二分散液放入离心机中离心处理，得到上清液和沉淀物；
步骤6：将所述步骤5中的上清液反复多次进行步骤5后，得到最后的上清液进行抽滤，再将抽滤后得到的固体物放入真空烘箱中干燥，得到氮化硼纳米片；
所述步骤1中，氮化硼纳米粉中颗粒的平均粒径为5μm~10μm，所述绝缘板的厚度为3mm，两块绝缘板的间隙为0.18mm。
2.根据权利要求1所述的通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法，其特征在于，所述步骤2中，直流电压为30～50kV。
3.根据权利要求1所述的通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法，其特征在于，所述步骤2中，经过等离子体处理的时间为3～6分钟。
4.根据权利要求1所述的通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法，其特征在于，所述步骤3中，所述极性有机溶剂为异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种，在第一分散液中，氮化硼的质量与第一分散液的溶剂的体积比为1:2 mg/mL～1:10mg/mL。
5.根据权利要求1所述的通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法，其特征在于，所述步骤4中，所述超声清洗机超声的功率为200W，超声频率为40kHz，超声时间为4小时。
6.根据权利要求1所述的通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法，其特征在于，所述步骤5中，离心机的转速为3000rpm，离心时间为10min。
7.根据权利要求1所述的通过电弧等离子体预处理的六方氮化硼剥离方法，其特征在于，所述步骤6中，反复所述步骤5进行离心的次数为3～5次。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113620261B (zh) * 2021-08-10 2022-12-30 中山大学 一种二维纳米片的制备方法
CN115417386A (zh) * 2022-11-05 2022-12-02 四川大学 一种制备氮化硼纳米片的方法及装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170038499A (ko) * 2015-09-30 2017-04-07 한국과학기술연구원 원격 고주파 유도결합 플라즈마를 이용하여 저온에서 성장된 고품질 육방 질화 붕소막과 그 제조방법
CN108002374A (zh) * 2017-12-14 2018-05-08 合肥工业大学 一种超薄二维层状材料纳米片及其制备方法
CN109264708A (zh) * 2018-07-25 2019-01-25 浙江普绿世新材料科技有限公司 一种二维材料的制造方法
CN109353997A (zh) * 2018-11-15 2019-02-19 中国科学院兰州化学物理研究所 一种宏量制备六方氮化硼纳米卷的方法
CN110203896A (zh) * 2019-06-16 2019-09-06 深圳市中科墨磷科技有限公司 一种球磨增强剥离制备二维材料纳米片的方法
CN111155065A (zh) * 2020-01-19 2020-05-15 西安交通大学 一种六方氮化硼薄膜的制备剥离及转移方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170038499A (ko) * 2015-09-30 2017-04-07 한국과학기술연구원 원격 고주파 유도결합 플라즈마를 이용하여 저온에서 성장된 고품질 육방 질화 붕소막과 그 제조방법
CN108002374A (zh) * 2017-12-14 2018-05-08 合肥工业大学 一种超薄二维层状材料纳米片及其制备方法
CN109264708A (zh) * 2018-07-25 2019-01-25 浙江普绿世新材料科技有限公司 一种二维材料的制造方法
CN109353997A (zh) * 2018-11-15 2019-02-19 中国科学院兰州化学物理研究所 一种宏量制备六方氮化硼纳米卷的方法
CN110203896A (zh) * 2019-06-16 2019-09-06 深圳市中科墨磷科技有限公司 一种球磨增强剥离制备二维材料纳米片的方法
CN111155065A (zh) * 2020-01-19 2020-05-15 西安交通大学 一种六方氮化硼薄膜的制备剥离及转移方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
六方氮化硼纳米片的制备;崔如馨等;《化学试剂》;20191231;第41卷(第12期);1219-1227 *

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