一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法
【专利摘要】本发明提供了一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，其步骤为：首先将将二维纳米材料片添加到混合溶液中，配制成预定浓度的分散液，混合处理一段时间；然后将上述分散液进行离心处理，静置一段时间后将上清液移到容器中；再把制备好的二维纳米粉体分散液转移到低温装置保存，储存温度需要低于摄氏零度并且高于分散液的凝固点，最后使用时将该分散液直接转移出低温装置。本发明提供的低温储存方法较好的维持粉体的片层厚度及结构，使二维纳米粉体的性能不受影响，解决了二维纳米粉体分散液在常温中易出现的团聚和再堆叠问题，提高了二维纳米粉体分散液的保存效果，能大幅度改善二维纳米材料的应用性能。
【专利说明】一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法
【技术领域】:
[0001]本发明属于纳米材料【技术领域】，尤其涉及一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法。
[0002]【技术领域】
[0003]纳米材料按照空间维数可分成零维、一维和二维纳米材料。其中二维纳米材料是指在空间三维尺度中仅有一维尺度在纳米级别的材料。在众多纳米材料中，二维无机层状材料被广泛重视，一方面是二维纳米材料的结构和性能非常独特，另一方面二维纳米片层具有广阔的的应用前景。
[0004]二维纳米材料王要包括石墨稀、二硫化钥、氣化砸、二硫化鹤、二硫化钦、二硫化锆、二硒化铌、二硒化锑、三碲化二铋等。比如石墨烯具有优异的电学性能、高热导率、高比表面、优良的机械性能、稳定的化学性能、超强的防腐等，在纳米电子器件、传感器、储能等方面具有广阔的应用前景。六方氮化硼的晶体结构具良好的电绝缘性、导热性、化学稳定性等优异性能，同时二维纳米氮化硼在离子交换、吸附、传导、分离等领域具有广阔的应用前景，成为国内外研究的热点。纳米二硫化钨和二硫化钥等二维硫化物在光学、电学、催化和机械等多方面具有特殊的性能，被广泛应用于固体润滑剂、催化剂、电极材料、储气材料、半导体材料和电子探针等领域。
[0005]单层及少层二维 纳米材料具有独特的性能，然而由于片层之间的范德华力作用使其很容易发生再堆叠或团聚，使二维纳米材料的优异性能很难表现出来。大多数二维纳米材料具有较差的亲水亲油的特性，因此很难分散到水及有机溶剂中形成稳定的悬浮液。这一问题导致二维纳米片层在短时间内就出现严重的团聚及再堆叠等情况，限制了其在很多领域的应用，因此将二维纳米材料分散液稳定的保存是拓展其广泛应用的需要。
[0006]目前提高二维纳米材料分散液的稳定性只能通过采用采用高沸点溶剂、加入表面活性剂或直接进行表面改性等方法。目前常用的高沸点溶剂如N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺等，通常有较强毒性、成本高、沸点高且使用时需高温干燥除去。添加表面活性剂有利于提高分散液的稳定性，但也带来后续应用需要增加除去环节，容易影响二维纳米材料的优良性能。同时，表面直接改性方法需要在二维纳米材料结构上引入亲溶剂的官能团，一方面提高了制备成本，另一方面由于结构的破坏，严重影响了材料性能。如强氧化剂官能化处理的石墨烯由于氧基团的引入导致了苯环共轭结构的破坏，降低了材料优良的性能。
[0007]目前采用低温处理二维纳米材料的研究主要集中在制备干粉领域，如申请号CN201010179339.4的中国专利提出了一种采用冷冻干燥的方法制备干态石墨烯粉末的方法，该方法需要将石墨烯的分散液冷冻粉放置于冷冻干燥机中处理，由于溶剂升华，而使溶剂与粉体得到很好的分离。该方法能较好的保持石墨烯分散性和微观形貌，有效的降低了石墨烯的团聚。但该方法需要制备成干粉，并且投资高、步骤多而且效率较低。申请号CN201310131520.1的中国专利提出了一种冷冻过滤快速制备石墨烯粉末的方法，通过将石墨烯分散液冷冻形成冰块，再将解冻后形成絮状粉末抽滤分离，该方法在一定程度上降低了石墨烯的再堆叠和团聚问题，但同样需要制备成干粉保存，并且分散效果较冷冻干燥方法差。
[0008]通过调节二维纳米材料分散液储存温度的方法，实现对分散液粘度的控制，这样可以明显降低二维纳米材料的堆叠和团聚，同时不会对材料性能产生影响，其次能实现在长期的稳定储存。低温储存方法提高了二维纳米粉体的保存效果，能大幅度改善二维纳米材料的应用领域，有利于二维纳米材料的产业化应用。
【发明内容】
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[0009]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，本发明提供的方法工艺简单，操作简便，成本低廉。
[0010]为达到上述目的，本发明采用了一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，该方法首先将制备好的二维纳米粉体分散液转移到低温装置保存，储存温度需要低于摄氏零度并且高于分散液的凝固点，使用时将分散液直接转移出低温装置。
[0011]综上所述，本发明一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，该方法具体步骤如下:
[0012]步骤一:将二维纳米材料片添加到混合溶液中，配制成预定浓度的分散液，并作混合处理一段时间。
[0013]步骤二:将上述分散液进行离心处理，处理完后静置一段时间，然后将上清液移到容器中。
[0014]步骤三:将上述装有分散液的容器转移到普通的低温储存装置，储存温度需要低于摄氏零度并且高于分散介质的凝固点。
[0015]步骤四:当需要使用时，将二维纳米粉体分散液转移出来直接使用。
[0016]其中，步骤一所述的二维纳米材料分散液浓度不限，优选的浓度为0.05_50mg/ml ；
[0017]其中，步骤一所述的混合溶液为有机溶剂与水的混合物，并且有机溶剂不限。优选的有机溶剂为异丙醇、丙酮、乙醇中的一种与水的分散液。
[0018]其中，步骤一所述的二维纳米材料分散液制备方法不限，可以采用超声空化法、球墨法、搅拌法和射流空化法等制备方法等。优选的方法为射流空化法制备二维纳米材料(注:射流空化处理工艺及方法见发明专利“一种射流空化技术制备石墨烯的装置及方法”，专利号:201110190763.3 一种射流空化技术制备的二维纳米氮化硼的方法”，专利号:201110347905.2 ;“一种射流空化技术制备二维纳米二硫化钥的方法”，专利号:201110347902.9)。
[0019]其中，步骤一所述的混合处理的时间为10分钟-100分钟。
[0020]其中，步骤二所述的离心加速度为25_3000g，离心时间约为20-200分钟，所述的静置时间为0.5-20小时。分散液可以提前通过离心去除剥离不完全的大片层。
[0021]其中，步骤三所述储存温度需要低于摄氏零度并且高于分散液凝固点，使二维纳米材料分散液在低温下保持液态。优选的储存温度为-10°C到-60°c。
[0022]其中，步骤三所述的低温储存装置不限，优选的为实验冰箱和冷冻库。
[0023]与现有技术相比，本发明采用温度调节的方法实现对分散介质粘度的控制，从而提高了二维纳米材料分散液的稳定性。本方法无需改变原分散介质、工艺简单、操作简便并且成本低廉。实验表明，采用本发明将50%体积比例的异丙醇与水的石墨烯分散液放置到_18°C冰箱冷冻室中放置I个月，石墨烯沉降比例小于10%。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为实施案例I中放置2周后，冷藏储存溶液与常温储存后溶液和初始溶液的比色皿对比图。
[0025]图2为本发明流程框图。
【具体实施方式】: [0026]见图1、2，为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的二维纳米材料的制备方法进行了详细描述。以下实施例中所用原料均为从市场上购得。
[0027]实施例1:
[0028]步骤一:石墨粉添加到50%体积比例异丙醇与水的混合溶液中配制成lmg/ml的浓度的分散液，超声处理20小时。
[0029]步骤二:将上述分散液以500转/分速度离心45分钟，然后将上清液移到塑料容器中。
[0030]步骤三:将上述分散液转移到普通冰箱冷冻室，在_18°C温度下储存2周。
[0031]步骤四:当需要使用时，将石墨烯粉体分散液转移出来直接使用。
[0032]实施例2:
[0033]步骤一:将六方氮化硼粉添加到50%体积比例的乙醇与水的混合溶液中配制成3mg/ml浓度的分散液。采用射流空化法20MPa下处理3h。(注“一种射流空化技术制备的二维纳米氮化硼的方法”，专利号:201110347905.2 ；)
[0034]步骤二:将剥离后分散液以500转/分速度离心45分钟，然后将上清液移到塑料容器中。
[0035]步骤三:将上述分散液转移到普通冰箱冷冻室，在-18°C温度下储存2个月。
[0036]步骤四:当需要使用时，将冷冻的氮化硼粉体分散液转移出来直接使用。
[0037]实施例3:
[0038]步骤一:将二硫化钥粉添加到70%体积比例的丙酮与水的混合溶液中，配制成5mg/ml浓度的分散液。采用射流空化法20MPa下处理3h。
[0039]步骤二:将处理后的分散液以500转/分速度离心45分钟，然后将上清液移到塑料容器中。
[0040]步骤三:将离心后分散液转移到低温冰箱中，在_20°C温度下储存I个月。
[0041]步骤四:当需要使用时，将二硫化钥粉体分散液转移出来直接使用。
[0042]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，其特征在于:该方法具体步骤如下: 步骤一:将二维纳米材料片添加到混合溶液中，配制成预定浓度的分散液，并作混合处理一段时间； 步骤二:将上述分散液进行离心处理，处理完后静置一段时间，然后将上清液移到容器中； 步骤三:将上述装有分散液的容器转移到低温储存装置，储存温度需要低于摄氏零度并且高于分散介质的凝固点； 步骤四:当需要使用时，将二维纳米粉体分散液转移出来直接使用。
2.根据权利要求1所述的一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，其特征在于:步骤一所述的二维纳米材料分散液浓度不限，优选的浓度为0.05-50mg/ml。
3.根据权利要求1所述的一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，其特征在于:步骤一所述的混合溶液为有机溶剂与水的混合物，并且有机溶剂不限；优选的有机溶剂为异丙醇、丙酮、乙醇中的一种与水的分散液。
4.根据权利要求1所述的一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，其特征在于:步骤一所述的二维纳米材料分散液制备方法有超声空化法、球墨法、搅拌法和射流空化法制备，优选的方法为射流空化法制备二维纳米材料。
5.根据权利要求1所述的一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，其特征在于:步骤一所述的混合处理的时间为10分钟-100分钟。
6.根据权利要求1所述的一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，其特征在于:步骤二所述的离心加速度为25-3000g，离心时间约为20-200分钟；所述的静置时间为0.5-20小时，分散液提前通过离心去除剥离不完全的大片层。
7.根据权利要求1所述的一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，其特征在于:步骤三所述储存温度需要低于摄氏零度并且高于分散液凝固点，使二维纳米材料分散液在低温下保持液态；优选的储存温度为-10°C到-60°c。
8.根据权利要求1所述的一种二维纳米粉体分散液低温储存的方法，其特征在于:步骤三所述的低温储存装置不限，优选的为实验冰箱和冷冻库。
【文档编号】C09C1/00GK104004388SQ201410186880
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】沈志刚, 刘磊, 张晓静, 麻树林 申请人:北京航空航天大学