[发明专利]一种二维纳米级超薄滑石片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种二维纳米级超薄滑石片及其制备方法，所述二维纳米级超薄滑石片的横向尺寸为50 nm～2μm，厚度方向尺寸为1 nm～30 nm；横向尺寸和厚度方向尺寸的比例为（50～2000）：1；优选地，所述二维纳米级超薄滑石片的横向尺寸为100 nm～1μm，厚度方向尺寸为1 nm～20 nm。

技术领域

本发明涉及一种二维滑石纳米材料，具体涉及一种宏量二维纳米级超薄滑石片及其制备方法，属于二维纳米材料制备领域。

背景技术

二维纳米材料是指横向尺寸很大且厚度方向仅有一个或几个原子层厚度的材料。2004年，英国曼彻斯特大学的Andre Geim及其合作者使用胶带剥离的方法首次从块体石墨上分离出了一个原子层厚度的石墨(即，石墨烯)，从此关于二维材料的制备、性能研究以及应用探索以燎原之势迅速在科学界及工业界蔓延开来。不同化学成分的二维材料，如六方氮化硼(h-BN)、石墨型氮化碳(g-C3N4)、过渡金属二硫化物(TMDs)以及层状双氢氧化物(LDHs)等典型的类石墨烯二维材料相继涌现。层状硅酸盐材料(包括滑石、叶腊石、黏土、高岭土等)类似石墨，是天然的二维纳米薄片规律堆叠而形成。根据四面体硅酸盐层和八面体氢氧化物层的比例分为1:1和2:1两种：每个SiO₄四面体之间共用三个顶点氧原子形成硅酸盐层，第四个顶点氧原子不共用并指向同侧，与氢原子结合形成硅羟基，组成八面体氢氧化物层，八面体中心还会有夹层阳离子(如Mg²⁺，Fe²⁺等)来平衡电荷。

采用简单、可靠的方法制备出横向尺寸、厚度可调控的二维材料对探究其性能和应用具有重要的意义。二维材料的制备方法主要分为“自下而上的生长”以及“自上而下的剥离”两种手段。层状硅酸盐的堆砌层之间由弱的范德瓦尔斯力连接，为其剥离单层材料提供了结构基础。目前二维材料的剥离方法主要有微机械剥离法、机械力辅助液相剥离、离子插入辅助液相剥离、离子交换辅助液相剥离、氧化辅助液相剥离、选择性刻蚀辅助液相剥离等。从成本和生产率、生产质量上考虑，机械力辅助液相剥离对二位单层硅酸盐材料的制备具有很大优势。机械力辅助液相剥离采用特定的溶剂匹配固体层之间的表面张力，再使以剪切力、超声波等外力，促使层与层之间分开并不再堆叠。而且机械力辅助液相剥离的方法简单易行，然而传统的溶剂使用NMP等具有毒性的有机液体，因此如何选择、调配合适的绿色溶剂是一个基本问题。此外，传统的机械力辅助液相剥离方法所得的单层材料产率比较低(1～3mg/mL)，如何提高此种方法的产率也是其走向工业化的一个难点。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种宏量二维纳米级超薄滑石片及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种二维纳米级超薄滑石片，所述二维纳米级超薄滑石片的横向尺寸为50nm～2μm，厚度方向尺寸为1nm～30nm；横向尺寸和厚度方向尺寸的比例为(50～2000)：1；优选地，所述二维纳米级超薄滑石片的横向尺寸为100nm～1μm，厚度方向尺寸为1nm～20nm。

本公开中，所述二维纳米级超薄滑石片的横向尺寸为50nm～2μm，厚度方向尺寸仅为1nm～30nm。由上述可知，其横向尺寸属于为亚微米级，远大于其厚度方向尺寸，因此二维纳米级超薄滑石片符合二维材料的定义。

另一方面，本发明还提供了一种如上所述的二维纳米级超薄滑石片的制备方法，包括：

将滑石粉、水、表面活性剂、pH调节剂、稳定剂和离子助剂混合，得到混合溶液；

将混合溶液依次进行砂磨处理和超声处理，再经分离、洗涤和干燥，得到所述二维纳米级超薄滑石片。