[发明专利]二维材料的厚度筛分法、片径筛分法及径厚比调控方法

说明书

本发明公开了一种二维材料的厚度筛分法、片径筛分法及径厚比调控方法，厚度筛分方法包括以下步骤：取二维材料分散于含嵌段型高分子表面活性剂的溶液中，形成分散液，所述嵌段型高分子表面活性剂中的嵌段含有亲水嵌段和疏水嵌段；在所述分散液中加入碘克沙醇溶液形成等密度梯度液，离心得到具有不同厚度的二维材料条带，进而实现厚度筛分。利用本发明的方法能够对二维材料进行有效地厚度和片径筛分，适于产业化生产。

技术领域

本发明涉及材料的筛分技术领域，尤其是涉及一种二维材料的厚度筛分法、片径筛分法及径厚比调控方法。

背景技术

二维材料因其独特的物理化学性质与材料厚度(层数)与横向尺寸(片径)密切相关，结合二维层状结构径厚比大且易于组装应用等优势，成为当下研究的热点。“自上而下”剥离法得到的二维材料，具有可处理性强、适于大规模应用、成本低廉等优点，是二维材料的大规模工业化推广应用的基础。但目前“自上而下”剥离法得到的二维材料普遍缺乏对于材料厚度与片径大小的有效控制，无法有效地区分剥离后材料的不同厚度和径厚比所带来的材料物理化学性质差异，因此阻碍了二维材料的独特有效性质与大规模实际应用。如何精准有效地区分剥离法二维材料因厚度与片径所带来的物理化学性质差异，实现二维材料的独特有效的大规模应用一直以来是科学界和产业界的主流研究方向之一。

同时，考虑到剥离法二维材料在柔性电子、光电探测、印刷电路、催化、生物载药和液晶显示等各个研究方向的应用；并结合“自上而下”剥离法适于大规模应用，成本低廉的优点，精准可控实现二维材料厚度与尺寸的独立精准调控和大规模精细化片径筛分尤为重要。由于在柔性电子、光电探测和印刷电路等应用中，二维材料厚度均一性极大影响材料本征带隙宽度；片径均一性极大影响材料薄膜组装均匀性，造成大量电子散射，降低材料电导率；所以就必须要求得到厚度与尺寸的分别可独立精准调控的二维材料。同时，在催化、生物载药和液晶显示等应用领域，主要利用二维材料本身面内和边缘的物理化学性质的差异进行应用优化，因此也导致了急需径厚比可调控的二维材料。因此，通过合理的实验设计精准可控实现材料厚度与尺寸的独立精准调控并实现径厚比调控和大规模精细化片径筛分尤为关键与重要。

因此，开发一种精准实现二维材料厚度与尺寸独立调控和大规模精细化片径筛分的有效方法，对于剥离法二维材料在科学界和产业界的后续研究与应用尤为重要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种二维材料的厚度筛分法、片径筛分法及径厚比调控方法，能够对二维材料进行有效地厚度和片径筛分。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种二维材料的厚度筛分方法，包括以下步骤：

取二维材料分散于含嵌段型高分子表面活性剂的溶液中，形成分散液，所述嵌段型高分子表面活性剂中含有亲水嵌段和疏水嵌段；

在所述分散液中加入碘克沙醇溶液形成等密度梯度液，离心得到具有不同厚度的二维材料条带，进而实现厚度筛分。

根据本发明的一些实施例，所述嵌段型高分子表面活性剂中的亲水嵌段和疏水嵌段间隔排布。在一些实施例中所述嵌段型高分子表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚，以泊洛沙姆为例，其为经环氧丙烷和环氧乙烷的阴离子开环聚合反应，得到两端为聚氧乙烯(PEO)、中间为聚氧丙烯(PPO)的三嵌段共聚物(PEO-PPO-PEO)，其中聚氧乙烯具有相对亲水性、聚氧丙烯具有相对亲油性，亲水嵌段和疏水嵌段间隔排布有利于二维材料在溶液中形成均匀水层包裹，均匀的水层包裹有利于降低待厚度筛分二维材料的浮力密度，因二维材料的浮力密度与二维材料层数紧密相关，因此有利于使用密度梯度离心法实现二维材料的厚度(层数)筛分。

根据本发明的一些实施例，所述嵌段型高分子表面活性剂的HLB值范围为24-30。进一步根据本发明的一些实施例，所述嵌段型高分子表面活性剂为Pluronic F68、F77、F87、F88中的至少一种。