怎樣才能更好地制備、剝離六方氮化硼納米片？

自從石墨烯大熱，二維納米材料的應(yīng)用優(yōu)勢就得到了科學(xué)界的認(rèn)可。與之比肩的優(yōu)秀新材料——六方氮化硼（hBN），制成的六方氮化硼納米片更是因其獨(dú)特、優(yōu)異的性能而倍受科學(xué)家的關(guān)注。而六方氮化硼納米片的剝離和制備一直是近年來研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn),更是制約其走向應(yīng)用的關(guān)鍵。

氮化硼納米片最大的優(yōu)勢在于它在沿面內(nèi)方向具有更大的導(dǎo)熱率，還具有超高的徑厚比和電絕緣性，而目前關(guān)于它的應(yīng)用研究中，主要集中于填充改性高分子材料上。

由于氮化硼納米片可在低填充率下提高聚合物基復(fù)合材料的導(dǎo)熱率，并且可以改善復(fù)合材料的熱性能、力學(xué)性能及磁性能等，因此它對于導(dǎo)熱聚合物基復(fù)合材料的發(fā)展來說，必將具有重要意義。

機(jī)械剝離法是制備BNNSs的一種常規(guī)方法，也是最早用來制備氮化硼原子晶體的方法，它是利用物理作用即對氮化硼晶體施加機(jī)械力將氮化硼進(jìn)行層層剝離，這種方法主要包括膠帶剝離法、球磨法、等離子體刻蝕法和流體剝離法。

01

膠帶剝離法

膠帶剝離法最初是用來剝離石墨制備石墨烯材料的，但用來制備單層或少層的BNNSs效果并不是很理想，這是因?yàn)榈鸾Y(jié)構(gòu)和石墨結(jié)構(gòu)之間的作用力不同，層內(nèi)存在較強(qiáng)的離子鍵，導(dǎo)致層間的范德華力相對要強(qiáng)一些，所以增加了剝離的難度。雖然這種工藝操作簡單、樣品的結(jié)晶度高，但是不足之處是產(chǎn)量低，不易于工業(yè)化生產(chǎn)。

02

球磨法

機(jī)械球磨法是利用硬球與氮化硼之間的相互作用，在球磨的過程中BN主要受剪切力和沖擊力，在這兩種力的作用下將塊體氮化硼剝離。

其中，在剪切力的作用下使氮化硼的截面尺寸變小，而沖擊力的作用會使氮化硼的平面尺寸減小，并且球磨過程中產(chǎn)生的高能量也為氮化硼的剝離提供了能源，隨著球磨時(shí)間的延長，氮化硼的三維尺寸也在逐漸的減小，直到氮化硼片減小到形成BNNSs。但是當(dāng)時(shí)間增加到一定值時(shí)，氮化硼也會受到破壞。

03

等離子體刻蝕法

等離子體刻蝕法是利用氮?dú)夂脱鯕獾牡入x子體具有的高能量，去打開氮化硼層狀材料或者氮化硼納米管材料制備BNNSs的技術(shù)。雖然這種方法剝離BNNSs的成功率相對會提高，但是實(shí)驗(yàn)操作比較復(fù)雜，對設(shè)備具有非常高的要求，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)。

04

流體剝離法

流體剝離法是利用流體高速流動提供的剪切力，推動氮化硼片層移動，使氮化硼得到有效的剝離，剝離原理如下圖所示。

制備氮化硼納米片的化學(xué)剝離法主要包括液相超聲剝離法、離子插入剝離法和化學(xué)功能化剝離法。

01

液相超聲剝離法

液相超聲法是利用特定的有機(jī)溶劑表面較強(qiáng)的表面張力，借助超聲來破壞層狀氮化硼粉末層與層之間的范德華力達(dá)到氮化硼剝離的效果，從而制備出BNNSs的技術(shù)。

這種方法操作比較簡單，能夠制備出多層的BNNSs，但是利用的溶劑比較昂貴，還會有毒性，并且BNNSs在溶液中的分散性很差，所以在移除溶劑時(shí)可能會造成BNNSs的重新團(tuán)聚，因此用這種方法時(shí)溶劑的選擇非常重要。

02

離子插入剝離法

離子插入剝離法是將某些離子插入到氮化硼層中，例如金屬離子或有機(jī)溶劑等，通過一定的反應(yīng)，使氮化硼被剝離。Li等人因?qū)aOH和KOH混合，然后均勻加入六角氮化硼粉末，在高壓鍋內(nèi)180℃下加熱2小時(shí)，制備出了邊緣卷積的氮化硼納米片。這種方法在插入過程中對環(huán)境條件的要求比較苛刻，制備難度較高。

目前，制備氮化硼納米片的合成法主要包括化學(xué)合成法、水熱合成法、氣相合成法等。

01

化學(xué)合成法

化學(xué)合成法是將含有硼元素和氮元素的材料混合在一起，在特定的條件下發(fā)生相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)來制備BNNSs的方法，是制備BNNSs材料最直接的一種方法。此方法可以通過調(diào)節(jié)硼和氮反應(yīng)物的量以及反應(yīng)溫度等反應(yīng)參數(shù)來控制BNNSs的層數(shù)，以滿足不同領(lǐng)域的實(shí)際需求。利用此方法制備BNNSs，雖然制備過程可控、產(chǎn)量高，但不足之處是結(jié)晶度不是很好。

02

水熱合成法

水熱合成法是將水或有機(jī)溶劑作為反應(yīng)溶劑，含硼和氮的化合物作為反應(yīng)物，把反應(yīng)物和反應(yīng)溶劑混合后加入高壓反應(yīng)釜中，并加熱高壓反應(yīng)釜，在高溫高壓下合成BNNSs的一種技術(shù)。雖然利用這種方法制備BNNSs比較綠色環(huán)保，但是也存在很多問題，如純度不夠高，產(chǎn)量低等。

03

化學(xué)氣相合成法

化學(xué)氣相合成法是將含有B、N元素的反應(yīng)氣體，通入高溫反應(yīng)腔室，使得氣體之間進(jìn)行一定的化學(xué)反應(yīng)，最終合成h-BN薄膜和BNNSs的一種技術(shù)。CVD法制備出的BNNSs尺寸分布均勻且表面光滑，也是制備BNNSs最常用的方法之一。這種方法的優(yōu)勢是操作簡單，不需要任何模板，且反應(yīng)溫度低，但其不足之處是制備出的樣品純度低。

(a)石墨烯；(b)六方氮化硼

六方氮化硼小科普：

六方氮化硼（hBN）具有類石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)，由B和N交替排列成無限延伸的六邊形結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的B-N共價(jià)鍵，層與層之間由弱范德華力相結(jié)合，被稱為“白色石墨烯”。具有機(jī)械強(qiáng)度高、吸附性能好、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高等優(yōu)異性能。此外，還擁有卓越的抗氧化性、良好的潤滑性能、寬的能隙帶和電絕緣性，因此它的應(yīng)用前景可以說是不可限量。