[发明专利]一种液相剪切制备单分散胶体氮化硼纳米晶的方法

说明书

技术领域

本发明属于胶体氮化硼纳米晶的制备技术，尤其涉及一种液相剪切制备单分散、尺寸可控胶体氮化硼纳米晶的方法。

背景技术

氮化硼超薄纳米薄片(<10nm)，具有很高的理论热导率(～2000W·cm^‐1K^‐1)、良好的稳定性和高熔点等特性，同时也兼具了石墨烯等二维材料所不具备的绝缘和抗氧化性。这就使得其在抗氧化涂层，绝缘器件、绝缘聚合物填料、催化氧化等领域具有独特的优势，是国内外研究者的关注焦点之一。

近年来，氮化硼纳米薄片的制备技术取得了较大进步，这为利用超薄氮化硼纳米片独特的物理化学特性打下基础。

化学气相沉积法(CVD)能够获取大面积、高质量、层数可控的纳米薄片，通常采用Cu，Au等金属作为衬底，以气态硼源与氮源作为反应物进行反应，在衬底上沉积氮化硼薄片。该方法在构筑夹心结构、器件化应用有独特的优势。但CVD方法在克级及克级以上制备氮化硼纳米薄片存在难度，而更大面积的氮化硼保护层也往往受设备加工区域的限制。固相反应也是获取超薄氮化硼纳米薄片的重要方法，CNR Rao等人通过氮源大大过量的硼酸尿素体系获取了超薄氮化硼纳米薄片；徐立强等人也报道了通过固相反应获取超薄氮化硼纳米薄片的方法，但这些固相反应获取的氮化硼纳米薄片相互搭接粘连，单个颗粒尺寸往往超过数微米，难以将其均匀分散，降低了超薄氮化硼纳米薄片的利用效率。

从最初胶带机械剥离开始，通过小分子插层、超声处理以及机械球磨等单一手段或多手段协同，各国课题组在获取超薄氮化硼纳米薄片方面取得了进展。例如，支春义等人(Adv.Mater.21(2009)2889)通过超声获取了厚度<1.2纳米的纳米薄片，将其填充到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中，极大的增强了PMMA的导热性能；邱晓庆等人(J Mater Chem 1(2013)12192)利用超声辅助乙二醇剥离得到氮化硼纳米薄片，并将其作为贵金属催化剂的载体；林毅等人(J.Phys.Chem.Lett.1(2010)277)通过小分子胺和超声手段获取了浓度为1mg/mL的氮化硼纳米薄片，类似的鲁福身小组(F.S.Lu et al.Nanoscale 8(2016)4260)利用柠檬酸剥离官能化氮化硼纳米片，制备出了分散性较好的氮化硼纳米片溶胶。陈英课题组(Nature Commun 6(2015)8849)通过球磨尿素与氮化硼粉体，获取了亲水溶性氮化硼纳米薄片胶体，其浓度为30mg/mL，是目前报道的最高值。这也说明惰性的氮化硼纳米薄片较难分散于溶剂中，而且氮化硼纳米薄片分散体系的尺寸因原料和剥离试剂的差异往往有比较大的分布并且尺寸不均一。

但目前纳米氮化硼胶体制备技术产量低，氮化硼纳米薄片的尺寸不均一，可控程度差，分散性有限。这些问题给氮化硼纳米胶体实际应用带来了诸多的不便。和单分散的Ag，SiO₂等胶体纳米晶一样，单分散的胶体氮化硼纳米晶在湿化学镀膜，陶瓷增强材料，生物检测以及催化剂载体等领域拥有十分广阔的应用前景。尽管近些年来研究者制备在调控氮化硼量子点尺寸方面做了一些工作：比如，Thangasamy等人(ACS Appl.Mater.Interfaces 8(2016)18647)报道了在超临界流体中将大块氮化硼分解成氮化硼量子点；Edwin Hang Tong Teo等人(Small 11(2015)6491)报道了利用溶剂热法将商品化氮化硼剪切制备氮化硼量子点及其在荧光成像等方面的性能。虽然，前述方法在量子点的制备方面取得一定进展，但在尺寸可控、分散性好，可大量获取的胶体氮化硼纳米晶方面存在着很多困难，进展不大。不过，这些利用溶剂剪切的手段为制备单分散尺寸可控的胶体氮化硼纳米晶提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用液相剪切制备尺寸可控、分散性好，可大量制备的单分散、尺寸可控胶体氮化硼纳米晶的制备方法。

本发明选用前驱体具有以下特点：(一)所含氮化硼径向晶粒小于100纳米，边缘彼此搭接且填有至少2wt％不完全氮化的硼氧化物。(二)样品的X射线粉末衍射(101)峰没有裂分。这两种特点有益于溶剂接触剪切位置并对连接薄弱的搭接边缘实施剪切，获取单分散的胶体氮化硼纳米晶。

本发明的制备方法是通过以下技术方案实现的：

(1)按氮与硼摩尔比1∶1～10，将氮源和硼源混合，在非氧化气氛，700℃～1300℃下固相反应5分钟～24小时获取前驱体；