[发明专利]一种类石墨烯材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米功能材料领域，具体地，对Ti₃AlC₂进行选择性刻蚀来制备类石墨烯材料的方法。

背景技术

石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料,其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质. 从一发现就成石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点。

尽管石墨烯比其他二维材料赢得了更多的关注，但是层与层之间简单的化学键和弱范德华键限制了它的应用；综合来看，多元素的层状材料比单元素的材料有更多潜在的性质，因为多元素的材料有更多的合成变量，能实现更多特殊的性质。

MAX相是层状排列的六方晶系（空间群P6₃/mmc），每个晶胞有两个分子。紧密排列的M层交错的和纯A原子层相连接，X原子填充M的八面体空隙。M_n+1AX_n通式的三元层状碳化物和氮化物都是有着各向异性的叠层状结构（n=1,2,or 3,M是前过渡金属，A主要是Al和Si，X主要是C和N）。目前发现的MAX相大约有60多种；Ti₃AlC₂是MAX相中研究最广泛很有应用前景的一类，Ti₃AlC₂是一种新型层状三元化合物，它兼具有金属和陶瓷的许多优点，如优异的导电、导热性，可加工性，良好的抗破坏能力，高熔点、高模量、高强度和低密度等优点；M_n+1X_n层化学性质比较稳定，A层的连接键相对比较弱，反应活性也比较强；MAX相的机械形变受基底位错的影响，并且具有各向异性，形变会产生部分的分层现象，会形成大约几十或者几百纳米的薄片，即容易从Ti₃AlC₂中抽离Al层形成一种新型二维材料，且能有着类似石墨烯的潜在应用价值也保留着MAX相的一些优异的性能；目前国内并未有对Ti₃AlC₂进行选择性腐蚀成类石墨烯结构的相关报道，国外Naguib团队用水热法进行反应得到二维结构，但是静置使颗粒容易团聚，且沉积在下面的颗粒腐蚀效果不彻底，本发明在常温下进行，更适合推广到工业生产，而且所用酸的浓度更低，为了解决腐蚀不均匀的缺点，反应过程中采用搅拌或超声的方法使反应更加均匀彻底。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对Ti₃AlC₂进行选择性刻蚀来制备类石墨烯材料的方法，开发一种新型的石墨烯取代材料。

上述目的是通过如下技术方案实现的：将Ti₃AlC₂在HF酸中进行化学刻蚀，使Al被选择性刻蚀掉，形成一种二维材料，具体地，包括如下步骤： 

（1）将Ti₃AlC₂磨成粉末，在100~200目的分样筛下过筛，得到均匀细小的颗粒以防因颗粒过大造成腐蚀不彻底；

（2）在磁力搅拌或者超声分散下将Ti₃AlC₂放入氢氟酸溶液中反应20h；氢氟酸溶液的浓度为市售最常用浓度40wt%，根据化学计量配比以及使整个反应过程氢氟酸保持持一定的腐蚀强度，每40~60ml 氢氟酸溶液中加入1~3g Ti₃AlC₂；

（3）将反应后产物用乙醇和蒸馏水反复洗涤干净，再超声分散1~6h，以保证腐蚀后又以微弱范德华力连接的层片分离；

（4）然后将分散好的产物进行离心或者抽滤收集，将收集的产物在50℃下干燥1~2 h。

本发明的效果和优点：

Ti₃AlC₂的制备工艺简单，成本低，仅用常用的原料即可成功制备高纯的产品；HF对的化学刻蚀在常温下就可进行，条件温和，易操作；生成产物既保持了Ti₃AlC₂的性能，又表现出类似于石墨烯的性质，能成为很有潜力的石墨烯替代材料。

附图说明

图1 为Ti₃AlC₂在HF酸中化学刻蚀不同时间的产物的SEM和TEM图像：a为6 h，b为12 h，c为20 h，d为c的放大图，e为化学刻蚀20 h的产物的TEM图。

图2 为Ti₃AlC₂化学刻蚀20 h前后的XRD对比曲线。

具体实施方式