本發(fā)明屬于納米層狀材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種制備六方氮化硼納米層片的方法。

背景技術(shù)：

六方氮化硼因其具有類石墨結(jié)構(gòu)而被稱為白色石墨。它由于具有獨特的結(jié)構(gòu)特性及良好的潤滑性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、低介電和絕緣性能，在光電子學(xué)、電子工業(yè)、催化、能量存儲等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，和石墨烯類似，六方氮化硼優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)與其層片的厚度息息相關(guān)。通常制備六方氮化硼的方法，如硼砂-尿素法、水熱合成法、化學(xué)氣相沉積法、有機先軀體法等，多獲得微米甚至毫米級的六方氮化硼的聚集體(類石墨結(jié)構(gòu)，層數(shù)高達(dá)數(shù)百甚至上千層)，不利于發(fā)揮其層狀材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)點。制備六方氮化硼的納米層片(類石墨烯結(jié)構(gòu)，厚度控制在納米級)，對充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，進(jìn)而促進(jìn)其在納米催化、納米能源、光電子學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大意義。此外，實現(xiàn)六方氮化硼的納米層片的規(guī)?；苽?，是推進(jìn)其工業(yè)化進(jìn)程的重要步驟。

目前制備六方氮化硼納米層片(類石墨烯結(jié)構(gòu))的方法，多是以六方氮化硼聚集體(類石墨結(jié)構(gòu))為原料，通過液相剝離的方式而制得。實現(xiàn)這一過程的方式有：超聲輔助剝離、剪切剝離、化學(xué)剝離等。由于均在液相中進(jìn)行，制備的納米層片以分散液的形式存在，而六方氮化硼納米層片在液相中易緩慢聚集、沉降，形成微米甚至毫米尺度的聚集體，不利于長時間保存。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明的主要目的在于提供一種制備六方氮化硼納米層片的方法，制備得到的六方氮化硼納米層片以粉末形式存在，可以長時間保存，實現(xiàn)隨用隨取。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種制備六方氮化硼納米層片的方法，所述方法包括如下步驟：

將六方氮化硼原料和剝離素混合均勻得到混合物，所述剝離素選自膽酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉；

在室溫條件下，將所述混合物進(jìn)行研磨，得到六方氮化硼納米層片。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述剝離素與六方氮化硼原料的質(zhì)量比為1:2～20:1。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述剝離素與六方氮化硼原料的質(zhì)量比為1:2～10:1。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述剝離素與六方氮化硼原料的質(zhì)量比為1:1～5:1。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述研磨速率為150～400rpm。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述研磨速率為200～300rpm。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述研磨包括：研磨0.5-1小時，冷卻；所述研磨及冷卻循環(huán)N次，所述1≤N≤16。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述5≤N≤10。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述研磨為球磨，所述球磨中的研磨球的直徑為4～16毫米。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述室溫為5-40℃。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述方法還包括：將研磨得到的六方氮化硼納米層片分散于溶劑中，通過離心除去厚度或尺寸較大的層片。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述溶劑選自水及超純水。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述離心所使用的離心力為100～10000g，所述離心時間為0.5～2小時。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過將剝離素與六方氮化硼原料(聚集體，類石墨結(jié)構(gòu))在固態(tài)下研磨，實現(xiàn)了六方氮化硼納米層片(類石墨烯結(jié)構(gòu))的固相剝離。本發(fā)明與目前通常使用的液相剝離法相比，由于避免了溶劑的使用，所制備的六方氮化硼納米層片可以以固態(tài)形式長時間保存，避免了液相中常發(fā)生的層片聚集與沉降過程，實現(xiàn)了隨用隨取。

附圖說明

圖1為六方氮化硼原料及本發(fā)明實施例1制備的六方氮化硼納米層片的X射線衍射(XRD)圖片。

圖2為本發(fā)明實施例1所制備的六方氮化硼納米層片的掃描透射顯微鏡(STEM)圖片。

圖3為本發(fā)明實施例2所制備的六方氮化硼納米層片的掃描透射顯微鏡(STEM)圖片。

具體實施方式

本發(fā)明實施例通過提供一種制備六方氮化硼納米層片的方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)制備的六方氮化硼納米層片無法長時間保存以及相應(yīng)的分散液濃度低且難以控制的缺陷。

為了解決上述缺陷，本發(fā)明實施例的主要思路是：

本發(fā)明實施例制備六方氮化硼納米層片的方法，所述方法包括如下步驟：

將六方氮化硼原料和剝離素混合均勻得到混合物，所述剝離素選自膽酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉；

在室溫條件下，將所述混合物進(jìn)行研磨，得到六方氮化硼納米層片。

在研磨過程中，六方氮化硼層片在剪切力的作用下逐漸被剪斷，尺寸變小。同時，剝離素逐漸插入到六方氮化硼層片間的空隙內(nèi)，致使層片間距逐漸增加，直至被剝離。由于避免了溶劑的使用，固相的納米層片不會因為時間的推移而重新聚集，因而可長時間保存，實現(xiàn)隨用隨取。

而且，本發(fā)明實施例選用的剝離素具有價格便宜、容易獲得等優(yōu)點，為大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能性。

本發(fā)明實施例中每研磨0.5-1小時后，可將研磨設(shè)備停止自然冷卻，例如5～10分鐘，以避免研磨過層中溫度升高導(dǎo)致六方氮化硼被氧化。所述研磨可選用行星式球磨機等研磨設(shè)備，將六方氮化硼原料和剝離素混合均勻后加入研磨設(shè)備中，其中的研磨球的直徑可選擇為4～16毫米。此外，通過使用大型的球磨機，可將制備規(guī)模擴大化，實現(xiàn)宏量生產(chǎn)。

本發(fā)明實施例所述的剝離素與六方氮化硼原料的質(zhì)量比可選為1:2～20:1，研磨速率可選取轉(zhuǎn)速為150～400rpm。所述研磨總時間可選取為1～16小時。剝離素與六方氮化硼原料之間的用量比以及研磨速率、時間等將直接影響獲得六方氮化硼納米層片的產(chǎn)率。

研磨后得到的六方氮化硼納米層片粉末納米層片具有極好的分散性，將其加入溶劑中通過輕輕搖晃即可形成均勻的分散液，省去了超聲分散工藝，簡化了材料使用時的前期處理過程。離心除去上述分散液中較大尺寸的納米層片后，可得到長度和厚度分布更窄的六方氮化硼納米片。這為納米層片的后續(xù)應(yīng)用、加工提供了方便。

而現(xiàn)有技術(shù)中通過液相剝離的方式而制得的納米層片以分散液的形式存在，相應(yīng)的六方氮化硼納米層片分散液的濃度難以控制，不利于定量使用；而且六方氮化硼納米層片分散液濃度較低，不適合大量儲存。本發(fā)明實施例的制備方法則解決了上述缺陷。

為了讓本發(fā)明之上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉數(shù)實施例，來說明本發(fā)明所述之制備六方氮化硼納米層片的方法。

實施例1

在25℃環(huán)境溫度下，將30mg膽酸鈉和30mg六方氮化硼原料置于容積為45ml的研磨罐中，然后加入7個直徑為10毫米的研磨球，擰緊罐蓋，在300rpm的轉(zhuǎn)速下研磨0.5小時。停止研磨5分鐘以防止研磨物溫度升高。繼續(xù)研磨0.5小時后，取出研磨粉，即可得到剝離后的六方氮化硼納米層片。此剝離后的六方氮化硼納米層片，由于沒有引入任何溶劑，可以長時間保存，實現(xiàn)隨取隨用。通過輕輕搖晃，即可將剝離后的六方氮化硼納米層片分散于水中。分散液在1024g的離心力下離心0.5小時，可除去厚度及尺寸較大的納米層片，從而獲得維度分布較窄的六方氮化硼納米片。

圖1為六方氮化硼原料及本發(fā)明實施例1制備的六方氮化硼納米層片的X射線衍射(XRD)圖片。圖1中位于上方的衍射曲線為六方氮化硼原料，下方衍射曲線為六方氮化硼納米層片，從圖1中可見，剝離后的納米層片，(002)衍射峰強度大幅降低，峰形變寬，表明六方氮化硼被成功的剝離。

圖2為本發(fā)明實施例1所制備的六方氮化硼納米層片的掃描透射顯微鏡(STEM)圖片。圖2中納米層片的掃描透射顯微鏡進(jìn)一步證明了六方氮化硼被成功的剝離。測試結(jié)果表明，本發(fā)明制備的六方氮化硼納米片厚度大都在7層以下，而尺寸大部分在500nm以下。

實施例2

在20℃環(huán)境溫度下，在實施例1的基礎(chǔ)上，本實施例將投料量擴大20倍，具體實施方案如下：1200mg膽酸鈉和600mg六方氮化硼原料置于容積為45ml的研磨罐中，然后加入7個直徑為10毫米的研磨球，擰緊罐蓋，在300rpm的轉(zhuǎn)速下研磨0.5小時后，停止研磨5分鐘以防止研磨物溫度升高。重復(fù)上述研磨(0.5小時)、停止(5分鐘)過程，直到研磨時間達(dá)到6小時。取出研磨粉，即可得到剝離后的六方氮化硼納米層片。此剝離后的六方氮化硼納米層片，由于沒有引入任何溶劑，可以長時間保存，實現(xiàn)隨取隨用。通過輕輕搖晃，即可將剝離后的六方氮化硼納米層片分散于水中。分散液在1024g的離心力下離心0.5小時，可除去厚度及尺寸較大的納米層片，從而獲得維度分布較窄的六方氮化硼納米片。

圖3為本發(fā)明實施例2所制備的六方氮化硼納米層片的掃描透射顯微鏡(STEM)圖片。圖3中納米層片的掃描透射顯微鏡進(jìn)一步證明了六方氮化硼被成功的剝離。

實施例3

在25℃環(huán)境溫度下，將30mg十二烷基苯磺酸鈉和60mg六方氮化硼原料置于容積為45ml的研磨罐中，然后加入6個直徑為16毫米的研磨球，擰緊罐蓋，在400rpm的轉(zhuǎn)速下研磨0.5小時。停止研磨5分鐘以防止研磨物溫度升高。重復(fù)上述研磨(0.5小時)、停止(5分鐘)過程，直到研磨達(dá)到10小時后，取出研磨粉，即可得到剝離后的六方氮化硼納米層片。此剝離后的六方氮化硼納米層片，由于沒有引入任何溶劑，可以長時間保存，實現(xiàn)隨取隨用。通過輕輕搖晃，即可將剝離后的六方氮化硼納米層片分散于水中。分散液在5000g的離心力下離心1小時，可除去厚度及尺寸較大的納米層片，從而獲得維度分布較窄的六方氮化硼納米片。

實施例4

在30℃環(huán)境溫度下，將30mg膽酸鈉和6mg六方氮化硼原料置于容積為45ml的研磨罐中，然后加入7個直徑為4毫米的研磨球，擰緊罐蓋，在200rpm的轉(zhuǎn)速下研磨1小時。停止研磨10分鐘以防止研磨物溫度升高。重復(fù)上述研磨(1小時)、停止(10分鐘)過程，直到研磨達(dá)到16小時后，取出研磨粉，即可得到剝離后的六方氮化硼納米層片。此剝離后的六方氮化硼納米層片，由于沒有引入任何溶劑，可以長時間保存，實現(xiàn)隨取隨用。通過輕輕搖晃，即可將剝離后的六方氮化硼納米層片分散于水中。分散液在6000g的離心力下離心0.5小時，可除去厚度及尺寸較大的納米層片，從而獲得維度分布較窄的六方氮化硼納米片。

實施例5

在25℃環(huán)境溫度下，將100mg十二烷基苯磺酸鈉和5mg六方氮化硼原料置于容積為45ml的研磨罐中，然后加入6個直徑為12毫米的研磨球，擰緊罐蓋，在150rpm的轉(zhuǎn)速下研磨1小時。停止研磨10分鐘以防止研磨物溫度升高。重復(fù)上述研磨(1小時)、停止(10分鐘)過程，直到研磨達(dá)到12小時后，取出研磨粉，即可得到剝離后的六方氮化硼納米層片。此剝離后的六方氮化硼納米層片，由于沒有引入任何溶劑，可以長時間保存，實現(xiàn)隨取隨用。通過輕輕搖晃，即可將剝離后的六方氮化硼納米層片分散于水中。分散液在10000g的離心力下離心1小時，可除去厚度及尺寸較大的納米層片，從而獲得維度分布較窄的六方氮化硼納米片。

實施例6

在15℃環(huán)境溫度下，將1200mg膽酸鈉和120mg六方氮化硼原料置于容積為45ml的研磨罐中，然后加入7個直徑為12毫米的研磨球，擰緊罐蓋，在300rpm的轉(zhuǎn)速下研磨2小時后，停止研磨5分鐘以防止研磨物溫度升高。重復(fù)上述研磨(0.5小時)、停止(5分鐘)過程，直到研磨時間達(dá)到16小時。取出研磨粉，即可得到剝離后的六方氮化硼納米層片。此剝離后的六方氮化硼納米層片，由于沒有引入任何溶劑，可以長時間保存，實現(xiàn)隨取隨用。通過輕輕搖晃，即可將剝離后的六方氮化硼納米層片分散于水中。分散液在6000g的離心力下離心2小時，可除去厚度及尺寸較大的納米層片，從而獲得維度分布較窄的六方氮化硼納米片。

實施例7

在5℃環(huán)境溫度下，將30mg膽酸鈉和45mg六方氮化硼原料置于容積為45ml的研磨罐中，然后加入7個直徑為10毫米的研磨球，擰緊罐蓋，在350rpm的轉(zhuǎn)速下研磨0.5小時。停止研磨5分鐘以防止研磨物溫度升高。重復(fù)上述研磨(0.5小時)、停止(5分鐘)過程，直到研磨時間達(dá)到5小時后，取出研磨粉，即可得到剝離后的六方氮化硼納米層片。此剝離后的六方氮化硼納米層片，由于沒有引入任何溶劑，可以長時間保存，實現(xiàn)隨取隨用。通過輕輕搖晃，即可將剝離后的六方氮化硼納米層片分散于水中。分散液在500g的離心力下離心2小時，可除去厚度及尺寸較大的納米層片，從而獲得維度分布較窄的六方氮化硼納米片。

實施例8

在40℃環(huán)境溫度下，將1000mg十二烷基苯磺酸鈉和60mg六方氮化硼原料置于容積為45ml的研磨罐中，然后加入6個直徑為16毫米的研磨球，擰緊罐蓋，在400rpm的轉(zhuǎn)速下研磨0.5小時。停止研磨5分鐘以防止研磨物溫度升高。重復(fù)上述研磨(0.5小時)、停止(5分鐘)過程，直到研磨時間達(dá)到10小時后，取出研磨粉，即可得到剝離后的六方氮化硼納米層片。此剝離后的六方氮化硼納米層片，由于沒有引入任何溶劑，可以長時間保存，實現(xiàn)隨取隨用。通過輕輕搖晃，即可將剝離后的六方氮化硼納米層片分散于水中。分散液在5000g的離心力下離心1小時，可除去厚度及尺寸較大的納米層片，從而獲得維度分布較窄的六方氮化硼納米片。

上述本申請實施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點：

本發(fā)明通過將剝離素與六方氮化硼原料(聚集體，類石墨結(jié)構(gòu))在固態(tài)下研磨，實現(xiàn)了六方氮化硼納米層片(類石墨烯結(jié)構(gòu))的固相剝離。本發(fā)明與目前通常使用的液相剝離法相比，由于避免了溶劑的使用，所制備的六方氮化硼納米層片可以以固態(tài)形式長時間保存，避免了液相中常發(fā)生的層片聚集與沉降過程，實現(xiàn)了隨用隨取。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。