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PK石墨烯!氮化硼纳米片的制备与应用浅述


来源:中国粉体网   平安

[导读]  与石墨烯相比,BNNSs由于一些特殊的结构特性而使其结构更加稳定。除了具有优异的机械性能之外,BNNSs还具备耐高温、宽带隙、更好的导热性、更强的耐化学腐蚀等优异特性从而使其在某些方面比石墨烯更具发展前途。

中国粉体网讯  氮化硼纳米片(boron nitride nanosheets,BNNSs)是由多个六元环的硼吖嗪(borazine)所构成,与石墨烯互为等电子体。由于BNNSs的颜色为白色,所以也称为“白石墨烯”或“硼墨烯”。

与石墨烯相比,BNNSs由于一些特殊的结构特性而使其结构更加稳定。除了具有优异的机械性能之外,BNNSs还具备耐高温、宽带隙、更好的导热性、更强的耐化学腐蚀等优异特性从而使其在某些方面比石墨烯更具发展前途。

1 氮化硼纳米片的制备

1)机械剥离法

研究人员常用机械球磨法和透明胶带法来制备氮化硼纳米片。球磨法主要是利用一种物理作用(剪切力)将h-BN(六方氮化硼)进行层层剥离与分散,与透明胶带法相比,该法能得到更多数量的BNNSs。在材料的制备中,球和球研磨剂的选择非常重要。在选球的过程中一般要采用大量的小球而少用大球,在挑选球磨剂时经常选用具有高黏度、表面张力与h-BN近似的溶剂。透明胶带法制备效率较低,不能大量制备BNNSs。

2)化学气相沉积法

化学气相沉积法(CVD)是一种在不同金属基底片上直接生长BNNSs的方法。目前,CVD法被认为是一种有效制备大尺寸和具有可控原子厚度的BNNSs的方法。

3)液相插层剥离法

到目前为止,已经有许多研究人员将块体的h-BN粉末分散于不同种类的溶剂中,利用溶剂的插层作用成功获得了BNNSs。适宜的溶剂通常具备以下2个条件:一定的极性和可分散性,这样才可以使层状材料的剥离能最小化。

上述的机械剥离法和液相剥离法,虽然方法简单,但是产率不高,而且所制备BNNSs的层数不易控制;CVD法虽然可以得到高质量和大尺寸的单层BNNSs,但是设备昂贵,条件苛刻。

2 氮化硼纳米片的应用

1)催化剂载体

因为BNNSs具有稳定的化学性质、热稳定性以及优良的抗氧化性,所以它在高温和氧化环境下都要比传统的催化剂载体性能优越。

2)储氢

氢气作为一种清洁的能源,发展前景良好。有研究者通过理论计算预测了BNNSs具有很好的储氢能力,并指出通过掺杂、修饰表面或者制备多孔BNNSs都可以提高它的储氢能力。

3)除污与净化

研究人员在对BNNSs进行研究后发现,BNNSs本身的吸附能力能够高效率地去除水中的杂质,包括有机污染物和重金属离子等,并且可以重复利用。

4)聚合物复合材料

由于其自身的特点,氮化硼纳米片和聚合物的复合材料有较好的热稳定性,较强的机械性、抗氧化性和抗腐蚀性等性能,而这些性能是纯聚合物远不能及的。


5)电子器件衬底材料

近年来,氮化硼纳米片用作石墨烯电子器件的衬底材料时,器件表现出优异的性能,这主要是由于超薄氮化硼纳米片不仅表现出良好的绝缘性而且还拥有稳定的化学惰性、强热稳定性以及达到原子级别的光滑表面等特点。与传统器件相比,以六方氮化硼材料为衬底时,器件会表现出更高的迁移率和更强的化学稳定性。

6)新能源材料

超薄氮化硼纳米片可以应用在锂电池中,用于提升电极和隔膜的性能。有研究人员将超薄氮化硼纳米片涂在商业PP隔膜上并用于锂电池中,超薄氮化硼纳米片超强机械性能可以有效抑制隔膜在电池充放电的刺破现象。

7)探测器领域

与六方氮化硼相似,超薄氮化硼纳米片在可见光域(390-700nm)内不存在任何吸收。因此,超薄氮化硼纳米片显示出半透明的外观特征,其聚集体则表现出白色外观。然而,超薄氮化硼纳米片在深紫外区有一个很强的吸收峰。这使得超薄氮化硼纳米片在深紫外发光和探测器方面有很好的应用前景。


8)其他

由于BNNSs还具有良好的生物相容性,因此它在生物和医药等领域有着较好的应用前景。

3 小结

随着石墨烯等二维纳米材料研究热潮的兴起,BNNSs也越来越受到国内外研究人员的重视。但是,相比石墨烯等二维纳米材料,BNNSs的研究进展略显缓慢。尽管目前人们已经研究出许多BNNSs的制备方法,但是简单有效、高产率和高质量的单层和少层BNNSs制备方法还有待开发。找到一种高效、高产率和高质量的BNNSs制备技术,必将大大推动BNNSs及其复合纳米材料的应用研究进程。

参考资料:

杜淼等,氮化硼纳米片的制备及其应用研究进展,无机盐工业,2019

欧道辉,超薄氮化硼纳米片的制备及其散热应用,厦门大学,2018

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