一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片及其制备方法

本发明涉及氮化硼领域，具体涉及一种六方氮化硼纳米片及其制备方法。

背景技术：

1、六方氮化硼(h-bn)呈白色松散粉末状，具有类似于石墨的层状结构特征和晶格参数，因此有“白石墨”之称。h-bn的不同层之间以范德华力连接，层内由sp2杂化形成的b-n共价键连接，h-bn具有高机械性能、高耐热性、耐化学腐蚀性等优异性能。而二维结构的六方氮化硼纳米片(bnns)除了具有以上这些优异性能之外，还具有更优异的导热性和稳定性、超高的电绝缘和击穿强度、卓越的机械强度和刚度、对气体和液体具有良好的防渗性、可吸收可见光和深紫外、具有高透明度以及良好的生物相容性和生物降解性。

2、与石墨烯的制备方法类似，bnns的制备方法大体上可以分为“自上而下”和“自下而上”的方法。“自下而上”是指化学合成制备bnns的方法，代表方法为化学气相沉积法(cvd)和化学合成法，这类方法的优点在于制备的bnns层数可控、质量高和纯度较高，但是制备时间长、损耗大、工艺条件复杂、产量低。“自上而下”是指将bnns从层状h-bn上剥离从而得到bnns的方法，代表方法为机械剥离法、液相剥离法和化学剥离法。液相剥离法是最常用的一种方法，该方法工艺简单且安全、剥离得到的bnnss晶格完整，目前较为常用的液相为有机溶剂或水/表面活性剂，h-bn具有疏水性，其在水溶液中的浓度较低、分散性极差，因此需要添加表面活性剂来促进h-bn的剥离并且防止剥离后的bnns再聚集，剥离完成后，表面活性剂与水会被废弃。

3、目前的bnns制备方法存在工艺较复杂、成本较昂贵的问题，因此现有的bnns制备方法还有改进空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种工艺较为简单、成本较低的离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片制备方法及由该方法制备的六方氮化硼纳米片。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：本发明提供的离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1、将质量比为1：(1～5)的六方氮化硼粉末与离子液晶加入水中，搅拌均匀得到分散液a；

4、步骤2、将分散液a装入球磨罐中，球磨，得到分散液b；

5、步骤3、将分散液b高速离心，得到的上层溶液为离子液晶溶液，得到的糊状物为六方氮化硼纳米片糊料，分别收集六方氮化硼纳米片糊料及离子液晶溶液，离子液晶溶液用于继续剥离六方氮化硼，可循环使用多次；

6、步骤4、将六方氮化硼纳米片糊料加入到溶剂d中，超声，得到分散液c，将分散液c离心，得到上清液及沉淀物，分别收集上清液及沉淀物，其中，所述溶剂d为水或有机溶剂；

7、步骤5、将沉淀物加入到溶剂d中，超声、离心，收集上清液及沉淀物，重复该过程直至底部没有沉淀物产生，将收集到的上清液干燥，得到的粉末即为六方氮化硼纳米片，其中，所述溶剂d与步骤4中所用的溶剂d完全一致。

8、进一步的，上述步骤1中的六方氮化硼粉末的粒径为1～30μm；

9、所述步骤1中的离子液晶为溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑、1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-十四烷基-3-甲基咪唑溴盐、溴化1-十二烷基-3-甲基咪唑、氯化1-十二烷基-3-甲基咪唑、1-十六烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、氯化1-十六烷基-3-甲基咪唑、1-十四烷基-3-甲基咪唑硝酸盐或1-十四烷基-3-甲基咪唑氯盐中的任意一种。

10、进一步的，上述步骤2中球磨的球磨转速为200～500rpm，球磨时间为6～12h。

11、进一步的，上述步骤3中高速离心的离心转速为10000～12000rpm，离心时间为5～20min。

12、进一步的，上述步骤3中的多次为2～20次。

13、进一步的，上述步骤4中的有机溶剂为有机溶剂为乙醇、异丙醇、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、丙酮中的任意一种。

14、进一步的，上述步骤4与步骤5中超声的超声功率均为97w～103w，超声频率均为38～42khz，超声时间均为20～60min。

15、进一步的，上述步骤4与步骤5中离心的离心转速均为2000～3000rpm，离心时间均为10～30min。

16、进一步的，上述步骤5中的干燥为真空冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-50℃～-80℃，冷冻干燥时间为20～48h。

17、本发明还提供一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片，由上述的制备方法制得。

18、本发明的有益效果为：(1)本发明提供的制备方法工艺较为简单，主要是以六方氮化硼粉末为原料，离子液晶为辅助剂，通过球磨、超声、离心等步骤对六方氮化硼粉末进行剥离，涉及的步骤操作简单，安全系数较高，同时保证了六方氮化硼的充分剥离，制备效率较高，生产周期较短。

19、(2)本发明采用离子液晶(ionicliquidcrystals，简称ilc)作为剥离剂和分散剂，目前，尚未有关于采用离子液晶辅助剥离六方氮化硼以及离子液晶回收再利用的报道，离子液晶是一种熔融温度低于100℃、由阴阳离子组成的熔融盐，它蒸气压低、热稳定性好、无毒、易回收再利用。在使用离子液晶将六方氮化硼剥离后，在步骤3中会通过高速离心将离子液晶溶液与六方氮化硼纳米片糊料分离开，随后回收离子液晶溶液用于继续剥离六方氮化硼，可循环使用多次，因此用本发明提供的方法制备六方氮化硼纳米片时，离子液晶可回收再利用，大大节省剥离剂及分散剂的用量，不但绿色环保，还能够有效降低成本，适用于大规模生产六方氮化硼纳米片。

20、(3)本发明提供的制备方法制得的六方氮化硼纳米片的晶格完整、缺陷少，在水和有机溶剂中均具有较好的分散性，且能够长期稳定分散，解决了六方氮化硼纳米片在溶液中易团聚的问题，具有很高的应用价值。

技术特征：

1.一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的方法，其特征在于，所述步骤1中的六方氮化硼粉末的粒径为1～30μm；

3.根据权利要求1所述的一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的方法，其特征在于，所述步骤2中球磨的球磨转速为200～500rpm，球磨时间为6～12h。

4.根据权利要求1所述的一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤3中高速离心的离心转速为10000～12000rpm，离心时间为5～20min。

5.根据权利要求1所述的一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的多次为2～20次。

6.根据权利要求1所述的一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的有机溶剂为有机溶剂为乙醇、异丙醇、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、丙酮中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤4与步骤5中超声的超声功率均为97w～103w，超声频率均为38～42khz，超声时间均为20～60min。

8.根据权利要求1所述的一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤4与步骤5中离心的离心转速均为2000～3000rpm，离心时间均为10～30min。

9.根据权利要求1所述的一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述步骤5中的干燥为真空冷冻干燥，冷冻干燥的温度为-50℃～-80℃，冷冻干燥时间为20～48h。

10.一种离子液晶循环利用剥离制备六方氮化硼纳米片，其特征在于，由权利要求1～9任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明涉及氮化硼领域，具体涉及一种六方氮化硼纳米片及其制备方法，该方法包括以下步骤：将质量比为1：(1～5)的六方氮化硼粉末与离子液晶加入水中，搅拌均匀，装入球磨罐中，球磨，高速离心，得到的上层溶液为离子液晶溶液，得到的糊状物为六方氮化硼纳米片糊料，分别收集六方氮化硼纳米片糊料及离子液晶溶液，将六方氮化硼纳米片糊料加入到溶剂D中，超声，离心，得到上清液及沉淀物，分别收集上清液及沉淀物，将沉淀物加入到溶剂D中，超声、离心，收集上清液及沉淀物，重复该过程直至底部没有沉淀物产生，将收集到的上清液干燥，得到的粉末即为六方氮化硼纳米片，该方法工艺较为简单、成本较低且制得的六方氮化硼纳米片缺陷较少。

技术研发人员：贾晓华,田瑞,宋浩杰,黄彩月,杨进,兰梦,余洋
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14