[发明专利]一种微纳米粒子辅助超声制备大横向尺寸二维材料的方法

说明书

一种利用微纳米粒子辅助超声制备二维纳米材料的方法，包括以下步骤：(1)将需要剥离的原料按质量和溶剂体积比1:100‑1:400的比例分散于容器中，形成分散溶液，并根据需要加入辅助剥离的微纳米粒子；(2)将分散溶液的容器置于全方位搅拌超声仪器中，在频率20KHz‑60KHz,温度25‑60℃温度下，时间15小时‑48小时，超声处理；(3)将步骤(2)得到的产物静置并过滤洗涤后，即得到二维材料的纳米片。该方法利用微纳米粒子辅助超声的方法制备二维纳米材料，超声无死角，溶剂廉价易得，具有操作简单，超声无死角，溶剂廉价易得，辅助剥离的微纳米粒子易得且可循环利用，具有对环境无毒、所需温度低、产量高的特点，不需要复杂昂贵的仪器设备。

技术领域

本发明涉及一种利用微纳米粒子辅助超声高效剥离片层材料制备大横向尺寸二维纳米片的方法，属于二维纳米材料制备技术领域。

背景技术

自2004年K.S.Novoselov等通过微机械力剥离法制得石墨烯以来，人们对以石墨烯为代表的二维材料的研究热情日渐高涨。二维材料是电子仅可在两个维度上自由运动的材料,横向尺寸很大,而厚度方向仅有一个或几个原子层厚度。由于其独特的原子排列结构，二维纳米片，如六方氮化硼(h-BN)纳米片、石墨烯、二硫化钼(MoS₂)纳米片和硼碳氮(BCN)纳米片等，在光学、电学、磁学、热学等方面具有广阔的应用前景。因而，用简单可靠的方法制备出大横向尺寸的二维材料,对于探究二维材料的性能和应用具有重要意义。但是，片层材料的层间具有较强的范德华力和离子键等作用力，使得它们的完整剥离难度很大，从而导致现如今尚无一种行之有效的方法来大量剥离制备大横向尺寸的二维纳米材料。因此，为满足基础研究和工业生产中对二维材料的需求，急需找到一种简单有效的方法来制备大批量大横向尺寸的二维纳米片。

总结目前的研究现状可以得出，剥离制备二维材料的方法主要包括以下几类：微机械剥离(Novoselov K S,Geim A K,Morozov S V,et al.Electric field effect inatomically thin carbon films[J].Science,2004,306(5696):666–669.)，液相剥离(Paton K R,Varrla E,Coleman J N,et al.Scalable production of large quantitiesof defect-free few-layer graphene b shear exfoliation in liquids[J].NatMater,2014,13(6):624–630.),球磨剥离(Min Yi,Zhigang Shen.A review onmechanical exfoliation for the scalable production of graphene[J].J.Mater.Chem.A,2015,3,11700-11715)，化学气相沉积(Yu J,Li J,Chang H,etal.Synthesis of high quality two-dimensional materials via chemical vapordeposition[J].Chem Sci,2015,6(12):6705–6716.)等。这些方法大多只适用于剥离制备一种或几种特定的二维材料，且产率普遍不高，无法满足基础研究和工业生产中对二维材料的需求。其中，化学气相沉积法条件苛刻且产物较难从衬底上转移，另外几种剥离方法极易造成对材料本体的损坏，剥离产物多为横线尺寸几百纳米的小片且易团聚。

尽管剥离制备过程艰难，但具备大横向尺寸的二维材料是光电探测器、能量转换器件(Di Wu,Kai Yan,et al.Plasmon-enhanced photothermoelectric conversion inchemical vapor deposited graphene p-n junctions[J].J.Am.Chem.Soc.2013,135,30,10926-10929)等诸多前沿领域的不二选择。因此，寻找、研究、设计一种简单有效能批量制备大横向尺寸二维材料的方法是亟待解决的技术难题，同时这也对推进二维材料的研究进程具有深远意义。