专利名称：一种制备高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体的方法
技术领域：
本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种制备高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体的方法。
背景技术：
氮化硼是Balmianl842年合成出来的人工物质，不存在于自然界中。此后的深入研究发现其具有了一系列优异的物理化学性质，如高硬度、高熔点、高化学稳定性、高热导、低密度及抗氧化和腐蚀等等。氮化硼具有多种结构，如石墨相、立方形、纤维锌矿形等。其中石墨相氮化硼由于结构上非常类似于石墨，因此又被称作“白石墨”，是一种非常好的高温固体润滑剂，热导材料、抗热材料及催化剂载体等。然而，由于石墨相氮化硼很难分散于溶剂中，其胶体的难以获得极大地限制了其进一步的应用。近年来，受到石墨烯(单层石墨)制备技术的启发，人们开始利用液相剥离法分散石墨相氮化硼并对之表示极大地关注。液相剥离法方法主要有以下二种:一种是利用功能化剂修饰其表面从而达到剥离和分散。虽然该方法能够得到较高浓度的氮化硼片，但是该方法引入了表面修饰剂分子同时改变了氮化硼的表面特性，如B-N键的打断，不利于某些研究和应用。另一种是超声辅助溶剂直接分散法，虽然该方法能够不引入表面修饰剂分子，但是该方法得到的氮化硼片浓度太低，这就极大地限制其进一步的研究和工业应用。而且，大多用于液相法的溶剂不很便宜或者制备工艺比较繁琐，不利于节约生产成本。因此，研发一种低成本地制备高浓度石墨相氮化硼溶胶又不改变其表面性能的方法具有重要的研究和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、低成本且可大量制备高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体的方法。拟解决无表面修饰石墨相氮化硼分散体系难于大量合成及降低生产成本问题。本发明通 过常规高温合成石墨相氮化硼，利用低能量超声溶解在乙二醇里，不需要其他表面修饰剂，制备的多层石墨相氮化硼胶体具有产量高、稳定性好、易保存及所需溶剂便宜。本发明的制备方法简单实用、原料廉价易得、低环境污染、有利于大规模工业生产，具有显著的经济和社会效益。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
简易且可大量制备高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体方法是超声辅助溶剂直接分散法。此方法用乙二醇为溶剂，通过简单超声分散高温烧制的石墨相氮化硼粉体。分散的石墨相氮化硼为多层结构。将摩尔比为1:24的H3BO3和CO (NH2) 2放入烧杯中，向烧杯中加入40 -50 mL蒸馏水，在65°C下常压蒸干所有的水分，然后将混合物研磨成粉末；取混合样品于刚玉磁舟里，再将其置于横放式高温管式炉里，反应是在氮气气氛的保护下，以5-10°C /min速度升温到900-1000°C再保持4 - 8h ;取出样品分别用去离子水、无水乙醇、lmol/L的稀盐酸清洗，离心和烘干后得到白色氮化硼粉体；将粉体加到乙二醇中，并辅以常规超声半小时，即得到无色透明胶体。本发明的有益效果在于:
(I)本发明首次采用乙二醇来制备高溶解度高分散多层石墨相氮化硼，只需要简单地超声传统高温制备的石墨相氮化硼粉体。该方法具有很好的可控性和重复性、制备过程简单、低环境污染，有利于大规模的工业生产。(2)本方法制备的胶体可长期保存，还可以根据实际需要用其他溶剂(如乙醇、水等)进行重新分散或稀释以得到适当浓度。(3)本发明的材料是多层材料胶体，可用于进一步液相反应、加工或处理等，如催化领域研究、氮化硼/金属复合材料及耐高温、耐机械磨损、耐化学腐蚀等方面材料的制备。
图1为本发明的石墨相氮化硼粉体的晶型图(XRD)。
图2为本发明的石墨相氮化硼粉体的拉曼谱图(Raman)。
图3为本发明的石墨相氮化硼粉体的红外谱图(FTIR)。
图4为本发明的高分散的多层石墨相氮化硼透射电镜图(TEM)。图5为本发明的高分散的多层石墨相氮化硼原子力显微镜图(AFM)。右图为左图横线处的高度截面图。
具体实施例方式本发明的制备步骤如下:
将摩尔比为I:24的H3BO3和CO(NH2)2放入烧杯中，向烧杯中加入40 - 50 ml蒸馏水，在65°C下常压蒸干所有的水分，然后将混合物研磨成粉末。取混合样品于刚玉磁舟里，再将其置于横放式高温管式炉里。反应是在流速为20-50 mL/min氮气气氛的保护下，以3 -7°C/min速度升温到900-950°C再保持4 - 7个小时。取出样品用去离子水洗、无水醇洗、lmol/L的稀盐酸洗，离心和烘干后可得到白色氮化硼粉体(其晶型结构、拉曼光谱及红外光谱分别如图1、2、3所示)。把该粉体加到乙二醇溶剂中，并辅以常规超声半小时，即可得到无色透明胶体(其高度分散的氮化硼片非常薄，属于多层结构如图4、5所示)。实施例1
取摩尔量比为1:24的H3BO3和CO(NH2)2约30克放于烧杯里，向烧杯中加入40ml的去离子水，在在65°C下常压烘干，研磨混合样品。准确称取15克混合样品放于的刚玉磁舟里，再将磁舟放于横放式管式炉里，反应是在流速为20 mL/min氮气保护下，以5°C /min速度升温到900°C再保持7个小时。待冷却到室温以后取出样品，用去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，lmol/L的盐酸洗涤样品，离心和烘干后可得到白色氮化硼粉体(其晶型结构、拉曼光谱及红外光谱分别如图1、2、3所示)。把该粉体加到乙二醇溶剂中，并辅以常规超声半小时，即可得到无色透明胶体(其高度分散的氮化硼片非常薄，属于多层结构如图4、5所示)。实施例2 取摩尔量比为1:24的H3BO3和CO(NH2)2约30克放于烧杯里，向烧杯中加入40 ml的去离子水，在在65°C下常压烘干，研磨混合样品。准确称取15克混合样品放于刚玉磁舟里，再将磁舟放于横放式管式炉里，反应是在流速为40 mL/min氮气保护下，以6°C /min速度升温到920°C再保持5个小时。待冷却到室温以后取出样品，用去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，lmol/L的盐酸洗涤样品，离心和烘干后可得到白色氮化硼粉体(其晶型结构、拉曼光谱及红外光谱分别如图1、2、3所示)。把该粉体加到乙二醇溶剂中，并辅以常规超声半小时，即可得到无色透明胶体(其高度分散的氮化硼片非常薄，属于多层结构如图4、5所示)。实施例3
取摩尔量比为1:24的H3BO3和CO(NH2)2约30克放于烧杯里，向烧杯中加入40ml的去离子水，在在65°C下常压烘干，研磨混合样品。准确称取15克混合样品放于的刚玉磁舟里，再将磁舟放于横放式管式炉里，反应是在流速为50 mL/min氮气保护下，以7V /min速度升温到950°C再保持4个小时。待冷却到室温以后取出样品，用去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，lmol/L的盐酸洗涤样品，离心和烘干后可得到白色氮化硼粉体(其晶型结构、拉曼光谱及红外光谱分别如图1、2、3所示)。把该粉体加到乙二醇溶剂中，并辅以常规超声半小时，即可得到无色透明胶体(其高度分散的氮化硼片非常薄，属于多层结构如图4、5所示)。本发明制备得到的石墨相氮化硼粉末经X射线晶体衍射表征(图1)得到峰值26.27°为其特征且对应于其(002)面；经拉曼谱图(图2)分析，峰值为1372 cnT1为其特征峰且对应于高频E2g振动模式；经红外谱图(图3)分析，780 cm-1和1380 cnT1峰分别对应于其A2u和Elu振动模式。乙二醇分散的石墨相氮化硼经透射电镜(图4)分析，右图中的2个三角形指示标间的距离约为1.9纳米，表明胶体中的氮化硼厚度非常薄，属于多层结构其大小为几百纳米到1-2个微米之间且厚度比较薄；经原子力显微镜(图5)分析，其厚度约为1.9纳米左右，厚度非常薄属于多层结构。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖 范围。
权利要求
1.一种制备高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体的方法，其特征在于:用乙二醇分散高温合成的石墨相氮化硼粉末。
2.根据权利要求1所述的制备高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体的方法，其特征在于:合成的石墨相氮化硼粉末是2-4层的片状材料，厚度为1.9nm。
3.根据权利要求1所述的制备高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体的方法，其特征在于:制备方法为低能量超声波辅助溶剂直接分散法。
4.根据权利要求1所述的制备高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)将摩尔比为I:24的H3BO3和CO(NH2)2放入烧杯中，向烧杯中加入40 -50 mL蒸馏水，在65°C下常压蒸干所有的水分，然后将混合物研磨成粉末； (2)取混合样品于刚玉磁舟里，再将其置于横放式高温管式炉里，反应是在氮气气氛的保护下，以5-10°C /min速度升温到900-1000°C再保持4 - 8h ; (3)取出样品分别用去离子水、无水乙醇、lmol/L的稀盐酸清洗，离心和烘干后得到白色氮化硼粉体； (4)将步骤(3)的粉体加到乙二醇中，并辅以常规超声半小时，即得到无色透明胶体。
5.一种如权利要求1所述的方法制得的高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体，其特征在于:制备的高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体中多层石墨相氮化硼的浓度为0.5-1.0 mg/mL0
全文摘要
本发明公开了一种制备高浓度多层石墨相氮化硼/乙二醇胶体的方法，属于材料制备技术领域。本发明拟解决目前石墨相氮化硼不易制成高浓度胶体，而且制备条件比较苛刻，成本较高等问题。通过常规高温合成石墨相氮化硼，利用低能量超声溶解在乙二醇里，不需要其他表面修饰剂，可制备成高浓度的多层石墨相氮化硼胶体，也可进一步根据实际需要对高浓度的胶体进行稀释。本发明制备方法简单、原料廉价易得、低环境污染、有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。
文档编号B82Y30/00GK103145107SQ201310088770
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月20日 优先权日2013年3月20日
发明者黄彩进, 陈成, 徐超, 林森 申请人:福州大学