CN113501530A - 一种基于硼纳米片多级结构微米材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种基于硼纳米片多级结构微米材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113501530A CN113501530A CN202110728256.4A CN202110728256A CN113501530A CN 113501530 A CN113501530 A CN 113501530A CN 202110728256 A CN202110728256 A CN 202110728256A CN 113501530 A CN113501530 A CN 113501530A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- boron
- dimensional
- nanosheet
- preparation
- humidity
- 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
Links
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 142
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 137
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 claims abstract description 20
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 150000001638 boron Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 24
- 230000011987 methylation Effects 0.000 claims description 17
- 238000007069 methylation reaction Methods 0.000 claims description 17
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 15
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 12
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 8
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 6
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PZKRHHZKOQZHIO-UHFFFAOYSA-N [B].[B].[Mg] Chemical compound [B].[B].[Mg] PZKRHHZKOQZHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims description 4
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 12
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 abstract 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- -1 boron alkene Chemical class 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 3
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Inorganic materials [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- KCBJDDCXBCEDRU-UHFFFAOYSA-N 3,4-dihydro-2h-borole Chemical compound C1CB=CC1 KCBJDDCXBCEDRU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000002127 nanobelt Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 1
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Substances [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B35/00—Boron; Compounds thereof
- C01B35/02—Boron; Borides
- C01B35/023—Boron
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
-
- 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
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/30—Particle morphology extending in three dimensions
- C01P2004/32—Spheres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/61—Micrometer sized, i.e. from 1-100 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于硼纳米片多级结构微米材料的制备方法及其在湿度传感检测方面的应用，属于纳米材料制备技术领域。首先以甲基化硼纳米片为基础，通过真空冷冻干燥法结合模板法制备了具有三维结构的硼基空心球和一维结构的硼基微米带；其次将所制备的三维硼基空心球和一维硼基微米带的甲醇溶液旋涂在金交叉电极上，金交叉电极表面仅露出两端电极，其余部位被传感材料覆盖，制得湿度检测范围为43％RH‑97％RH的湿度传感器。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于硼纳米片多级结构微米材料的制备方法和应用，所制备的基于硼纳米片多级结构的微米材料具有优异的湿度传感性能，属于纳米材料制备技术领域。
背景技术
多级结构微纳米材料是指在低维纳米材料基础上，按照特定的排列或自组装方式形成的尺寸在微米或纳米范围内的材料。相对于低维纳米材料，多级结构微纳米材料不仅能保持纳米材料本身优异的物理和化学特性，还能展现出优于单一纳米材料的特殊性能，如高的比表面积、高表面活性等。同时，宏观尺度达到微米级别，克服了低维纳米材料结构不稳定、易团聚等缺点。多级结构微纳米材料的研究无论对于材料性能的开发，还是对于新型功能器件的构筑等方面都具有十分重要的意义。
硼烯，由于具有优异的物理和化学性质，在能源储存、传感、燃料电池及超级电容等领域具有广阔的应用前景。目前一般所知的有关硼烯的制备大多集中于二维硼烯的设计和构建方面，其他的结构如一维微米带、纳米管、纳米线以及三维多孔空心球等多种结构尚未被制备研究。与大多数二维材料一样，硼烯也易团聚，限制了其在电化学传感器件领域的应用。通过对低维纳米材料的形貌和物理尺寸进行有序设计，将其构筑成具有多级结构的微纳米材料，可克服该缺点。然而，目前基于硼烯多级结构的相关研究却寥寥无几，其性能也未被研究。
近年来，以氧化石墨烯为代表的湿度传感二维材料由于其表面积相对较大，活性位点较多，水分子吸附能力较强等优点，被广泛应用于湿度传感器领域。作为类石墨烯材料，硼烯具有优良的电学性质及丰富的表面化学活性等特性，在传感领域显现出广阔的应用前景。然而，硼原子特殊的缺电子结构，使当前所制备的硼烯在环境条件下极不稳定，进一步限制了硼烯在湿度传感领域的应用。目前硼烯在湿度传感方面的应用研究仍较少。
本发明通过真空冷冻干燥法结合模板法将二维甲基化硼纳米片成功构筑为具有一维结构的硼基微米带和三维结构的硼基空心球；并制备了基于三维硼基空心球和一维硼基微米带的湿度传感器，与报道的大多数二维材料湿度传感器相比，两种湿度传感器均有超高的灵敏度、较短的响应和恢复时间等特点。湿度传感性能表现处于目前研究的湿度传感材料前列。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种基于硼纳米片多级结构材料的制备方法及其应用。将二维甲基化硼纳米片构筑成具有一维结构的硼基微米带和三维结构的硼基空心球，二者表面均含有丰富的含氧官能团，提高了其湿度传感性能，并将其用于湿度传感器的制备。
为了解决上述其中一个技术问题提出的技术方案是：一种基于硼纳米片三维结构硼基空心球微米材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)室温条件下，将合成得到的甲基化硼纳米片溶于水中，摇晃使产物充分反应，可看到明显的H2气泡产生；
(2)采用离心沉淀法，在低转速下离心后，取含气泡较多的上层溶液；
(3)将步骤(2)得到的上层溶液进行真空冷冻干燥，得到具有三维结构的硼基空心球。
优选的，所述步骤(1)中纳米片的制备方法是以硼化镁、浓盐酸、甲醇、碘为原料，通过有机合成的方法合成。
优选的，所述步骤(1)中反应温度为25～28℃，甲基化硼纳米片与水的摩尔比为0.005～1:1。
优选的，所述步骤(2)中的离心速度为5000～8000转，离心时间为5～10分钟。
优选的，所述步骤(3)中真空冷冻干燥具体条件为：低温(-196℃)下液氮中预先冻结5～10分钟，真空冷冻干燥冻干时间为24h～48h。
优选的，所述步骤(1)中反应温度为26℃，甲基化硼纳米片与水的摩尔比为0.005:1；所述步骤(2)中的离心速度为5000转，离心时间为5分钟；所述步骤(3)中真空冷冻干燥时预冻结时间为10分钟，真空冷冻干燥时冻干时间为24小时。
为了解决上述其中一个技术问题提出的技术方案是：一种基于硼纳米片一维结构硼基微米带的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)室温条件下，将合成得到的甲基化硼纳米片溶于水中，摇晃使产物充分反应；
(2)采用离心沉淀法，将均匀分散后的溶液在低转速下离心后，取上层溶液以获得较小的甲基化硼纳米片；
(3)采用离心沉淀法，将步骤(2)得到的上层溶液接着在高转速下离心，取下层沉淀物以除去H2气泡，将所得沉淀物重新分散在一定的去离子水中。
(4)将步骤(3)得到的溶液进行真空冷冻干燥，得到具有一维结构的硼基微米带。
优选的，所述步骤(1)中纳米片的制备方法是以硼化镁、浓盐酸、甲醇、碘为原料，通过有机合成的方法合成。
优选的，所述步骤(1)中反应温度为25～28℃，甲基化硼纳米片与水的摩尔比为0.005～1:1。
优选的，所述步骤(2)中的离心速度为5000～8000转，离心时间为5～10分钟。
优选的，所述步骤(3)中的离心速度为12000～13000转，离心时间为5～10分钟。
优选的，所述步骤(4)中真空冷冻干燥具体条件为：低温(-196℃)下液氮中预先冻结5～10分钟，真空冷冻干燥冻干时间为24h～48h。
优选的，所述步骤(1)中反应温度为26℃，甲基化硼纳米片与水的摩尔比为0.005:1；所述步骤(2)中的离心速度为5000转，离心时间5分钟；所述步骤(3)中的离心速度为12000转，离心时间为5分钟；所述步骤(4)中真空冷冻干燥时预冻结时间为10分钟，真空冷冻干燥时冻干时间为24小时。
为了解决上述其中一个技术问题提出的技术方案是：所述的多级结构微米材料三维硼基空心球和一维硼基微米带的应用，上述材料可应用于湿度传感。
优选的，将三维硼基空心球和一维硼基微米带的分散液滴在金交叉电极的表面，自然空气下干燥，制得的电极可在常温下对不同相对湿度环境下的湿度进行测试。
一种基于硼纳米片多级结构材料的制备方法中三维硼基空心球和一维硼基微米带可应用于湿度传感领域。
将1微升的三维硼基空心球或一维硼基微米带溶液分别旋涂在金交叉电极的表面，自然空气下干燥，制得的电极在常温下对不同的相对湿度进行测试。
本发明的有益效果是：
对甲基化硼纳米片的尺寸和形貌进行构筑后，得到的三维硼基空心球和一维硼基微米带可以提供大的比表面积和较多的吸附位点，同时在两种材料表面均有丰富的含氧官能团，这两点有利于其与水分子的相互作用，所以三维硼基空心球和一维硼基微米带可用于湿度传感器的制备。
1、本发明的三维结构的硼基空心球和一维结构的硼基微米带的制备提升了材料的稳定性与比表面积。
2、本发明的三维结构的硼基空心球和一维结构的硼基微米带湿度传感器可在室温下对不同相对湿度环境下的湿度进行检测。
3、本发明的三维结构的硼基空心球和一维结构的硼基微米带湿度传感器对湿度的检测表现出超高的灵敏度、较短的响应和恢复时间等特点。
4、甲基化硼纳米片与水混合后，会发生表面反应，生成少量硼酸，并释放出H2气体(参照反应方程式为：2B+6H2O→2B(OH)3+3H2↑)。H2气体由于在水溶液中溶解度低，会形成气泡。甲基化硼纳米片在与水发生反应后表面能较高，以界面能最小化为驱动力，易在H2气泡的表面聚集，形成球形聚集体。随后，在液氮真空冷冻干燥过程中，水的冻结进一步将甲基化硼纳米片挤压在H2气泡周围。此外，由于甲基化硼纳米片与水反应后表面带有羟基，片与片之间易通过缩聚反应粘合在一起。最终形成了三维的硼基空心球。
5、在真空冷冻干燥过程中，产物的形貌可通过冰晶的大小和形状来控制，而冰晶的大小和形状又可以通过调节冷冻速度来控制。当纳米片在-10℃冰箱中缓慢冷却结晶时，较低的冰晶成核和生长速率以及较长的结晶周期导致较大的冰晶与更多二维平面的晶界，冰晶升华后便形成了较宽的微米带或破碎的微米片；当纳米片在-196℃液氮中快速冻结时，较高的冰晶成核和生长速率导致大量较窄的冰晶生成，纳米片受限于更多的一维晶界空间，从而制得了一维硼基微米带。
附图说明
下面结合附图对本发明的作进一步说明。
图1为实施例1中的三维硼基空心球的SEM图。
图2为实施例1中三维硼基空心球的直径分布图。
图3为实施例1中三维硼基空心球的FTIR图。
图4为实施例2中一维硼基微米带的SEM图。
图5为实施例2中一维硼基微米带的宽度直径分布图。
图6为实施例2中一维硼基微米带的FTIR图。
图7为实施例3中三维硼基空心球湿度传感器在不同湿度环境下的动态响应图。
图8为实施例3中一维硼基微米带湿度传感器在不同湿度环境下的动态响应图。
图9为实施例3中两种湿度传感器在不同湿度环境下的灵敏度图。
图10为实施例3中三维硼基空心球湿度传感器在不同湿度环境下的响应、恢复时间图。
图11为实施例3中一维硼基微米带湿度传感器在不同湿度环境下的响应、恢复时间图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图通过具体的实施例来具体说明本发明的技术方案。
实施例1：基于硼纳米片多级结构材料-三维硼基空心球的制备方法
称取甲基化硼纳米片0.005g放入装有1mL去离子水的2mL离心管中，摇晃使产物充分反应，可看到明显的氢气泡产生，均匀分散后的溶液在5000rpm下离心5min，取上层含气泡溶液。将该溶液在低温(-196℃)下的液氮中预先冻结5分钟，然后将预冻后的溶液放入真空冷冻干燥机中冻24小时，室温取出后，得到三维硼基空心球。
对实施例1中的产物进行分析，如图1所示,三维硼基空心球的SEM图,通过SEM图可以说明得到的产物为三维立体的空心球结构；
对实施例1中的产物进行分析，如图2所示，三维硼基空心球的直径分布图，通过直径分布图可以说明硼基空心球为微米级别；
对实施例1中的产物进行分析，如图3所示，三维硼基空心球的FTIR图，通过三维硼基空心球的FTIR图可以说明，三维硼基空心球表面具有大量的含氧官能团；
实施例2：基于硼纳米片多级结构材料-一维硼基微米带的制备方法
称取甲基化硼纳米片0.005g放入装有1mL去离子水的2mL离心管中，摇晃使产物充分反应。均匀分散后的溶液在5000rpm下离心5min，取上层溶液以获得较小的甲基化硼纳米片，接着在12000rpm下离心10min后，取下层沉淀物以除去H2气泡。将所得沉淀物重新分散在1mL去离子水中，在-196℃的液氮中预先冻结5分钟，然后将预冻的下层混合液放入真空冷冻干燥机中冻24小时，随后室温取出，得到一维硼基微米带。
对实施例2中的产物进行分析，如图4所示,一维硼基微米带的SEM图,通过SEM图可以说明得到的产物为一维结构的微米带；
对实施例2中的产物进行分析，如图5所示，一维硼基微米带的宽度直径分布图，通过宽度直径分布图可以说明硼基微米带为微米级别；
对实施例2中的产物进行分析，如图6所示，一维硼基微米带的FTIR图，通过一维硼基微米带的FTIR图可以说明，一维硼基微米带表面具有大量的含氧官能团；
实施例3：基于硼纳米片多级结构材料制备湿度传感器的方法
(1)取5毫克三维硼基空心球和一维硼基微米带分别分散于500微升甲醇溶液中制得对应的浓缩分散液。将三维硼基空心球和一维硼基微米带的浓缩分散液，均匀地滴在清洗干净的叉指电极上滴在金交叉电极上，自然干燥成膜，金交叉电极表面仅露出两端电极，其余部位全部被传感材料覆盖，制得基于上述两种材料的湿度传感器。
(2)准备实验所需的湿度，用分别含有K2CO3、NaBr、NaCl及K2SO4的饱和盐溶液分别配制了相对湿度为43％、57％、75％及97％的湿度。在室温条件下，金属盐饱和溶液上方空气相对湿度一定(室温时，NaBr饱和溶液上方空气的相对湿度为57％RH)，利用氮气作为载气，将NaCl饱和溶液上方的水汽携带进入到探针台气室中，通过调整氮气的流量来控制进入探针台气室中的水汽量，即可得到实验所需的相对湿度。
(3)将器件放在探针台容器内，探针台的两根探针分别与器件的源极和漏极相连，此时，探针的另一端与4200-SCS仪器相连，给器件施加1V偏压，即可分别测试三维硼基空心球和一维硼基微米带在外界湿度变化过程中的电流变化值，测试过程中的相对湿度区间为43％RH-97％RH。
实施例4：三维硼基空心球和一维硼基微米带湿度传感器的应用--测试不同的相对湿度
(1)将修饰了三维硼基空心球和一维硼基微米带的湿度传感器放置于探针台气室内，用探针连通并接在4200-SCS半导体参数仪上，在常温下，在传感器正上方通入所需湿度，通过该参数仪器进行对不同湿度传感性能的测试。
(2)通纯氮气，不通相对湿度时，测定湿度传感器的基线电流I0。
(3)测定用氮气做载气携带不同相对湿度时的电流I，湿度检测区间由43％RH逐渐增加到97％RH。
(4)在每个湿度环境下，传感器的电流随着湿度的增加而变化，随后自我恢复。
(5)测得的电流转化为ΔI/I0，其中I0是在不通相对湿度时的基线电流，而ΔR是通相对湿度时相对基线电流的电流变化量的最大值。
(6)将ΔI/I0对时间作图，随着湿度的增加，电流变化值相应增加。
对上述测试结果进行分析，如图7所示，三维硼基空心球传感器在不同湿度环境下的动态响应图，图中电流值随着湿度的增大而增大，且动态响应曲线总体变化趋于稳定，表明三维硼基空心球湿度传感器具有较好的稳定性。如图8所示，一维硼基微米带传感器在不同湿度环境下的动态响应图，图中电流值随着湿度的增大而增大，且动态响应曲线总体变化趋于稳定，表明一维硼基微米带湿度传感器具有较好的稳定性。
对上述测试结果进行分析，如图9所示，两种湿度传感器在不同湿度环境下的灵敏度图，湿度传感器的响应值随着湿度的增大而增大。在湿度从43％RH升至97％RH时，三维硼基空心球传感器的灵敏度高达41200％，一维硼基微米带湿度传感器的灵敏度为5200％，表明湿度传感器具有较高的灵敏度。
如图10所示，一维硼基微米带湿度传感器在不同湿度环境下的响应和恢复时间图，图中湿度传感器具有超快的响应时间及恢复时间，表明一维硼基微米带湿度传感器具有具有响应快(～7s)、恢复时间短(～3s)等特点。
如图11所示，三维硼基空心球湿度传感器在不同湿度环境下的响应和恢复时间图，图中湿度传感器具有超快的响应时间及恢复时间，表明三维硼基空心球湿度传感器具有具有响应快(～28s)、恢复时间短(～2s)等特点。
因此可以说，三维硼基空心球和一维硼基微米带可以用于湿度传感器的制备，并且具备优异的湿度传感性能。
本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于硼纳米片多级结构湿度传感材料三维硼基空心球的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)室温条件下，将合成得到的甲基化硼纳米片溶于水中，摇晃使产物充分反应，可看到明显的H2气泡产生；
(2)采用离心沉淀法，在低转速下离心后，取含气泡较多的上层溶液；
(3)将步骤(2)得到的上层溶液，在液氮中预先冻结并进行真空冷冻干燥后，得到具有三维结构的硼基空心球。
2.根据权利要求1所述的基于硼纳米片多级结构湿度传感材料三维硼基空心球的制备方法，其特征在于：步骤(1)中甲基化硼纳米片的制备方法是以硼化镁、浓盐酸、甲醇、碘为原料，通过有机合成的方法合成。
3.根据权利要求1所述的基于硼纳米片多级结构湿度传感材料三维硼基空心球的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中反应温度为25～28℃，甲基化硼纳米片与水的摩尔比为0.005～1:1；所述步骤(2)中的离心速度为5000～8000转，离心时间为5～10分钟。
4.根据权利要求1所述的基于硼纳米片多级结构湿度传感材料三维硼基空心球的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中真空冷冻干燥具体条件为：低温(-196℃)下液氮中预先冻结5～10分钟，真空冷冻干燥冻干时间为24～48h。
5.根据权利要求1所述的基于硼纳米片多级结构湿度传感材料三维硼基空心球的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中反应温度为26℃，甲基化硼纳米片与水的摩尔比为0.005:1；所述步骤(2)中的离心速度为5000转，离心时间为5分钟；所述步骤(3)中真空冷冻干燥时预冻结时间为10分钟，真空冷冻干燥时冻干时间为24小时。
6.一种基于硼纳米片多级结构湿度传感材料一维硼基微米带的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)室温条件下，将合成得到的甲基化硼纳米片溶于水中，摇晃使产物充分反应；
(2)采用离心沉淀法，将均匀分散后的溶液在低转速下离心后，取上层溶液以获得较小的甲基化硼纳米片；
(3)采用离心沉淀法，将步骤(2)得到的上层溶液接着在高转速下离心，取下层沉淀物以除去H2气泡，将所得沉淀物重新分散在一定的去离子水中。
(4)将步骤(3)得到的溶液，在液氮中预先冻结并进行真空冷冻干燥后，得到具有一维结构的硼基微米带。
7.根据权利要求6所述的基于硼纳米片多级结构湿度传感材料一维硼基微米带的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中基化硼纳米片的制备方法是以硼化镁、浓盐酸、甲醇、碘为原料，通过有机合成的方法合成；
所述步骤(1)中反应温度为25～28℃，硼纳米片与水的摩尔比为0.005～1:1；
所述步骤(2)中的离心速度为5000～8000转，离心时间为5～10分钟；
所述步骤(3)中的离心速度为12000～13000转，离心时间为5～10分钟；
所述步骤(4)中真空冷冻干燥具体条件为：低温(-196℃)下液氮中预先冻结5～10分钟，真空冷冻干燥冻干时间为24h～48h。
8.根据权利要求6所述的基于硼纳米片多级结构湿度传感材料一维硼基微米带的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中反应温度为26℃，硼纳米片与水的摩尔比为0.005:1；所述步骤(2)中的离心速度为5000转，离心时间5分钟；所述步骤(3)中的离心速度为12000转，离心时间为5分钟；所述步骤(4)中真空冷冻干燥时预冻结时间为10分钟，真空冷冻干燥时冻干时间为24小时。
9.根据权利要求1或6所述的制备方法制备的具有三维结构的硼基空心球或一维结构的硼基微米带。
10.根据权利要求9所述的具有三维结构的硼基空心球或一维结构的硼基微米带的应用，其特征在于：用于湿度检测范围为43％RH-97％RH的湿度传感器的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110728256.4A CN113501530B (zh) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 一种基于硼纳米片多级结构微米材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110728256.4A CN113501530B (zh) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 一种基于硼纳米片多级结构微米材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113501530A true CN113501530A (zh) | 2021-10-15 |
| CN113501530B CN113501530B (zh) | 2023-05-09 |
Family
ID=78009303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110728256.4A Active CN113501530B (zh) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 一种基于硼纳米片多级结构微米材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113501530B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115465870A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-13 | 青岛科技大学 | 一种硼化镁纳米片的制备方法及其在Li-S电池隔膜中的应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004196588A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 単結晶ホウ素ナノベルトの製造方法 |
| CN102276831A (zh) * | 2011-07-08 | 2011-12-14 | 东北师范大学 | 一种聚苯胺纳米带状复合物及其制备方法 |
| CN106622295A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-10 | 东华大学 | 一种二硫化钴/石墨烯‑石墨烯纳米带复合气凝胶及其制备方法和应用 |
| CN109336127A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-15 | 深圳大学 | 一种硼烯及其制备方法 |
| CN110734074A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-01-31 | 南京航空航天大学 | 一种制备二维氢化硼纳米片的方法 |
| 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 |
-
2021
- 2021-06-29 CN CN202110728256.4A patent/CN113501530B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004196588A (ja) * | 2002-12-18 | 2004-07-15 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 単結晶ホウ素ナノベルトの製造方法 |
| CN102276831A (zh) * | 2011-07-08 | 2011-12-14 | 东北师范大学 | 一种聚苯胺纳米带状复合物及其制备方法 |
| CN106622295A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-10 | 东华大学 | 一种二硫化钴/石墨烯‑石墨烯纳米带复合气凝胶及其制备方法和应用 |
| CN109336127A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-15 | 深圳大学 | 一种硼烯及其制备方法 |
| CN110734074A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-01-31 | 南京航空航天大学 | 一种制备二维氢化硼纳米片的方法 |
| 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 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| QI YUAN ZHOU ET AL.: ""Imparting Boron Nanosheets with Ambient Stability through Methyl Group Functionalization for Mechanistic Investigation of Their Lithiation Process"" * |
| ZHUANGCHAI LAI ET AL.: "\"Self-Assembly of Two-DimensionalNanosheets into One-Dimensional Nanostructures\"" * |
| 王睿等: ""硼纳米结构的理论和实验研究"" * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115465870A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-12-13 | 青岛科技大学 | 一种硼化镁纳米片的制备方法及其在Li-S电池隔膜中的应用 |
| CN115465870B (zh) * | 2022-08-31 | 2024-02-02 | 青岛科技大学 | 一种硼化镁纳米片的制备方法及其在Li-S电池隔膜中的应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113501530B (zh) | 2023-05-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dong et al. | Hydrothermal synthesis and structure evolution of hierarchical cobalt sulfide nanostructures | |
| Li et al. | Porous ZnFe2O4 nanorods with net-worked nanostructure for highly sensor response and fast response acetone gas sensor | |
| Yu et al. | Facile synthesis of α-Fe2O3@ SnO2 core–shell heterostructure nanotubes for high performance gas sensors | |
| Li et al. | 2D ultrathin Co3O4 nanosheet array deposited on 3D carbon foam for enhanced ethanol gas sensing application | |
| Su et al. | Glucose-assisted synthesis of hierarchical flower-like Co3O4 nanostructures assembled by porous nanosheets for enhanced acetone sensing | |
| Sui et al. | Construction of three-dimensional flower-like α-MoO3 with hierarchical structure for highly selective triethylamine sensor | |
| Gracheva et al. | Nanostructured materials obtained under conditions of hierarchical self-assembly and modified by derivative forms of fullerenes | |
| Chen et al. | Self-assembly of ZnO nanoparticles into hollow microspheres via a facile solvothermal route and their application as gas sensor | |
| Tan et al. | Design of SnO2-based highly sensitive ethanol gas sensor based on quasi molecular-cluster imprinting mechanism | |
| San et al. | Assembly of 3D flower-like NiO hierarchical architectures by 2D nanosheets: synthesis and their sensing properties to formaldehyde | |
| Hao et al. | Flexible morphology-controlled synthesis of mesoporous hierarchical α-Fe2O3 architectures and their gas-sensing properties | |
| Wang et al. | Solvothermal synthesis of Cu/Cu 2 O hollow microspheres for non-enzymatic amperometric glucose sensing | |
| Zhai et al. | MoS2 microflowers based electrochemical sensing platform for non-enzymatic glucose detection | |
| CN110133059B (zh) | 一种室温检测低浓度硫化氢气体的Pt-SnO2气敏传感器的制备方法 | |
| Zhao et al. | Humidity sensor based on solution processible microporous silica nanoparticles | |
| Han et al. | Controlled synthesis of double-shelled CeO 2 hollow spheres and enzyme-free electrochemical bio-sensing properties for uric acid | |
| Ren et al. | Few-layer MoS2 dendrites as a highly active humidity sensor | |
| Xue et al. | Porous In2O3 nanospheres with high methane sensitivity: A combined experimental and first-principle study | |
| CN113501530B (zh) | 一种基于硼纳米片多级结构微米材料及其制备方法和应用 | |
| Wang et al. | Controlled growth of conical nickel oxide nanocrystals and their high performance gas sensing devices for ammonia molecule detection | |
| Zhang et al. | Synthesis of mesoporous In2O3 nanocubes and their superior trimethylamine sensing properties | |
| Zhang et al. | Regulating the dissociation of LiCl and transportation of Li ions within UiO-66-NH2 framework for humidity sensing applications with superb comprehensive performances | |
| Garg et al. | Metal-organic framework MOF-76 (Nd): Synthesis, characterization, and study of hydrogen storage and humidity sensing | |
| Yang et al. | Control of morphology of covalent organic framework-5 for chemiresistive low-temperature ammonia sensors | |
| CN108722483A (zh) | 多孔结构AuNPs-ZnONPs@C/3D-KSC纳米复合材料的制备方法 |
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 |