一种高品质石墨相氮化硼纳米片水溶胶的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710414745.6 | 申请日 | 2017-06-05 | 公开(公告)号 | CN107244660A | 公开(公告)日 | 2017-10-13 |
| 申请人 | 福州大学; | 发明人 | 黄彩进; 陈成; 刘秋文; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高品质 石墨 相氮化 硼 纳米片 水 溶胶的制备方法，属于材料制备技术领域。其是先采用水分散高温合成法制备石墨相氮化硼 纳米粉体 ，然后将其经 超 声波 辅助 溶剂 直接分散法制成所述石墨相氮化硼纳米片水溶胶。本发明不需要其他表面修饰剂即可制备出高浓度的多层石墨相氮化硼纳米片胶体，解决了目前石墨相氮化硼不易制成高浓度胶体及制备成本较高等问题，且其制备方法简单、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。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高品质石墨相氮化硼纳米片水溶胶的制备方法，其特征在于：先采用水分散高温合成法制备石墨相氮化硼纳米粉体，然后将其经超声波辅助溶剂直接分散法制成所述石墨相氮化硼纳米片水溶胶。 |
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| 说明书全文 | 一种高品质石墨相氮化硼纳米片水溶胶的制备方法技术领域[0001] 本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种高品质石墨相氮化硼纳米片水溶胶的制备方法。 背景技术[0002] 氮化硼是Balmian于1842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，氮化硼具有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、低密度及抗氧化和抗腐蚀性等。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，使其胶体难以获得而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。液相剥离法主要有以下二种：一种是利用功能化试剂修饰其表面从而达到剥离和分散。该方法虽然能够得到较高浓度的氮化硼片，但其引入的表面修饰剂分子同时改变了氮化硼的表面特性，如可打断B-N键，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，但其得到的氮化硼片浓度太低，仍极大地限制了其进一步的研究和工业应用。此外，大多液相法使用的溶剂相对较贵或者制备工艺比较繁琐，不利于节约生产成本。因此，研发一种低成本制备高品质（够薄，够大）石墨相氮化硼纳米片水溶胶的方法，而又不改变其表面性能，具有重要的研究和应用价值。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种简单、低成本且可大量制备高品质石墨相氮化硼纳米片水溶胶的方法，其不需要其他表面修饰剂，解决了无表面修饰石墨相氮化硼分散体系难于大量合成及生产成本较高的问题。所得多层石墨相氮化硼纳米片水溶胶产量高、稳定性好、易保存、所需溶剂便宜，且其制备方法简单实用、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。 [0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高品质石墨相氮化硼纳米片水溶胶的制备方法，其是先采用水分散高温合成法制备石墨相氮化硼纳米片，然后将其经超声波辅助溶剂直接分散法制成所述石墨相氮化硼纳米片水溶胶；其具体包括以下步骤： （1）按摩尔比1:24将H3BO3和CO(NH2)2放入烧杯中，加入40-50 mL去离子水，于65℃、常压下蒸干所有的水分后，将所得混合物研磨成粉末； （2）将步骤1）所得混合物粉末置于刚玉瓷舟内，再将其置于卧式高温管式炉里，在氮气气氛下以3-7℃/min的速度升温到900-1000℃，再保持3-7 h； （3）样品取出后分别用去离子水、无水乙醇、0.1 mol/L的稀盐酸清洗，经离心、烘干后得到白色石墨相氮化硼纳米粉体； （4）将所得粉体加入水中，辅以100W超声处理0.5 h，以制备得到无色透明的石墨相氮化硼纳米片水溶胶。 [0005] 其中，所得石墨相氮化硼纳米片为2-4层的多层片状材料，其厚度为1.9nm，直径大小为1-2 µm。 [0006] 所得水溶胶中石墨相氮化硼纳米片的浓度为0.2-0.5 mg/mL。 [0007] 本发明的有益效果在于：（1）本发明首次采用水做溶剂，经简单超声处理，使水分子插入石墨相氮化硼纳米粉体的层间隙，将纳米片剥离，此时所得氮化硼纳米片表面附着大量的羟基，使其电负性增强，从而可制备出平面较大（1-2 µm）、高溶解度、高分散性的多层石墨相氮化硼纳米片水溶胶。 此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。 [0008] （2）本发明制备的水溶胶可长期保存，还可以根据实际需要用其他溶剂（如乙醇、乙二醇等）进行重新分散或稀释以得到适当浓度。 [0010] 图1为实施例1所得石墨相氮化硼纳米粉体的XRD图。 [0011] 图2为实施例1所得石墨相氮化硼纳米粉体的Raman图。 [0012] 图3为实施例1所得石墨相氮化硼纳米粉体的FTIR图。 [0013] 图4为实施例1所得胶体中分散的石墨相氮化硼纳米片的TEM图。 [0014] 图5为实施例1所得胶体中分散的石墨相氮化硼纳米片的AFM图。 [0015] 图6为实施例1所得石墨相氮化硼纳米片水溶胶的丁达尔效应图。 具体实施方式[0016] 为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。 [0017] 实施例1按摩尔比1:24将H3BO3和CO(NH2)2共约30g放入烧杯中，向烧杯中加入40 mL去离子水，于65℃、常压下蒸干所有的水分后，将混合物研磨成粉末；准确称取15 g所得混合物粉末，将其置于刚玉瓷舟内，再放入卧式高温管式炉里，在流速为60 mL/min的氮气气氛的保护下，以5℃/min的速度升温到900℃，再保持5 h；待冷却到室温以后取出样品，分别用去离子水、无水乙醇、0.1 mol/L的稀盐酸清洗，经离心、烘干后得到白色粉体；将所得粉体加入水中，辅以100 W超声处理0.5 h，即得到无色透明的胶体。 [0018] 图1为所得白色粉体的XRD图。图中峰值为26.27°为其特征峰且对应于其(002)面。 [0019] 图2为所得白色粉体的Raman图。图中峰值为1372 cm-1为其特征峰且对应于高频E2g振动模式。 [0020] 图3为所得白色粉的FTIR图。图中780 cm-1和1380 cm-1的峰分别对应于其A2u和E1u振动模式。 [0021] 图4为所得胶体中分散的石墨相氮化硼纳米片的TEM图。从图中可见其纵向宽度可达500 nm。 [0022] 图5为所得胶体中分散的石墨相氮化硼纳米片的AFM图，其中，右图为左图横线处对应的高度截面图。右图中2个三角形指示标间的距离约为1.9nm，表明胶体中的氮化硼厚度非常薄，且为多层结构，其直径大小约为1-2微米，这与透射电镜的分析结构一致。 [0023] 图6为所得胶体的丁达尔效应图。从图6看见其丁达尔效应很明显，证明了其是胶体。 [0024] 实施例2按摩尔比1:24将H3BO3和CO(NH2)2共约30g放入烧杯中，向烧杯中加入40 mL去离子水，于65℃、常压下蒸干所有的水分后，将混合物研磨成粉末；准确称取15 g所得混合物粉末，将其置于刚玉瓷舟内，再放入卧式高温管式炉里，在流速为60 mL/min的氮气气氛的保护下，以3℃/min的速度升温到900℃，再保持5 h；待冷却到室温以后取出样品，分别用去离子水、无水乙醇、0.1 mol/L的稀盐酸清洗，经离心、烘干后得到白色粉体；将所得粉体加入水中，辅以100 W超声处理0.5 h，即得到无色透明的胶体。 [0025] 实施例3按摩尔比1:24将H3BO3和CO(NH2)2共约30g放入烧杯中，向烧杯中加入40 mL去离子水，于65℃、常压下蒸干所有的水分后，将混合物研磨成粉末；准确称取15 g所得混合物粉末，将其置于刚玉瓷舟内，再放入卧式高温管式炉里，在流速为60 mL/min的氮气气氛的保护下，以7℃/min的速度升温到900℃，再保持5 h；待冷却到室温以后取出样品，分别用去离子水、无水乙醇、0.1 mol/L的稀盐酸清洗，经离心、烘干后得到白色粉体；将所得粉体加入水中，辅以100 W超声处理0.5 h，即得到无色透明的胶体。 [0026] 实施例4按摩尔比1:24将H3BO3和CO(NH2)2共约30g放入烧杯中，向烧杯中加入40 mL去离子水，于65℃、常压下蒸干所有的水分后，将混合物研磨成粉末；准确称取15 g所得混合物粉末，将其置于刚玉瓷舟内，再放入卧式高温管式炉里，在流速为60 mL/min的氮气气氛的保护下，以5℃/min的速度升温到920℃，再保持5 h；待冷却到室温以后取出样品，分别用去离子水、无水乙醇、0.1 mol/L的稀盐酸清洗，经离心、烘干后得到白色粉体；将所得粉体加入水中，辅以100 W超声处理0.5 h，即得到无色透明的胶体。 [0027] 实施例5按摩尔比1:24将H3BO3和CO(NH2)2共约30g放入烧杯中，向烧杯中加入40 mL去离子水，于65℃、常压下蒸干所有的水分后，将混合物研磨成粉末；准确称取15 g所得混合物粉末，将其置于刚玉瓷舟内，再放入卧式高温管式炉里，在流速为60 mL/min的氮气气氛的保护下，以5℃/min的速度升温到950℃，再保持5 h；取出样品，分别用去离子水、无水乙醇、0.1 mol/L的稀盐酸清洗，经离心、烘干后得到白色粉体；将所得粉体加入水中，辅以100 W超声处理0.5 h，即得到无色透明的胶体。 [0028] 实施例6按摩尔比1:24将H3BO3和CO(NH2)2共约30g放入烧杯中，向烧杯中加入40 mL去离子水，于65℃、常压下蒸干所有的水分后，将混合物研磨成粉末；准确称取15 g所得混合物粉末，将其置于刚玉瓷舟内，再放入卧式高温管式炉里，在流速为60 mL/min的氮气气氛的保护下，以5℃/min的速度升温到1000℃，再保持5 h；取出样品，分别用去离子水、无水乙醇、0.1 mol/L的稀盐酸清洗，经离心、烘干后得到白色粉体；将所得粉体加入水中，辅以100 W超声处理0.5 h，即得到无色透明的胶体。 [0029] 实施例7按摩尔比1:24将H3BO3和CO(NH2)2共约30g放入烧杯中，向烧杯中加入40 mL去离子水，于65℃、常压下蒸干所有的水分后，将混合物研磨成粉末；准确称取15 g所得混合物粉末，将其置于刚玉瓷舟内，再放入卧式高温管式炉里，在流速为60 mL/min的氮气气氛的保护下，以5℃/min的速度升温到900℃，再保持3 h；取出样品，分别用去离子水、无水乙醇、0.1 mol/L的稀盐酸清洗，经离心、烘干后得到白色粉体；将所得粉体加入水中，辅以100 W超声处理0.5 h，即得到无色透明的胶体。 [0030] 实施例8按摩尔比1:24将H3BO3和CO(NH2)2共约30g放入烧杯中，向烧杯中加入50 mL去离子水，于65℃、常压下蒸干所有的水分后，将混合物研磨成粉末；准确称取15 g所得混合物粉末，将其置于刚玉瓷舟内，再放入卧式高温管式炉里，在流速为60 mL/min的氮气气氛的保护下，以7℃/min的速度升温到910℃，再保持7 h；取出样品，分别用去离子水、无水乙醇、0.1 mol/L的稀盐酸清洗，经离心、烘干后得到白色粉体；将所得粉体加入水中，辅以100 W超声处理0.5 h，即得到无色透明的胶体。 |
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