一种六方氮化硼纳米片分散液的制备方法技术

本发明专利技术为一种六方氮化硼纳米片分散液的制备方法。该方法首次采用硼酸和工业级h‑BN为原料，通过以下两步合成：第一步，取硼酸和h‑BN片的混合物置于球磨罐中，进行球磨操作，将得到均匀反应的固体混合物分散于去离子水中，然后对该混合液进行分级梯度离心处理，将梯度离心得到的各级下层沉淀再次分散于去离子水中，洗涤处理反复进行多次，直至pH试纸指示硼酸完全被洗去，随后对其进行干燥处理；第二步，将各级梯度离心随后干燥得到的白色固体均匀分散于去离子水中并搅拌，即得到不同纳米片尺寸的h‑BN分散液。该方法简单廉价，产品分散性和稳定性好。

A preparation method of hexagonal boron nitride nano flake dispersion

【技术实现步骤摘要】
一种六方氮化硼纳米片分散液的制备方法
本专利技术涉及一种h-BN纳米片分散液的简单制备方法。
技术介绍
h-BN具有很高的应用潜质，其具有高热稳定性，优异的导热性和电绝缘性、良好的中子吸收性能、高透波性，优良的润滑性能，机械强度高和低的介电常数等性能，因而在复合材料，发光材料，电子材料等方面具有更为广泛的应用前景。近年来，人们发现纳米级的h-BN材料有着更多优异的性质，如h-BN纳米片具有比大块h-BN更大的比表面积，更多的缺陷位置。如边缘和褶皱，它们都可以作为化学反应的活性位置，更重要的是，h-BN纳米片面内热导率高达2000W·m-1·K-1，而大块h-BN仅为400W·m-1·K-1.因此，h-BN纳米片可以作为重要的纳米导热填料加入到陶瓷或聚合物中，可以在生产生活中发挥巨大作用。我们发现如果对h-BN进行功能化，功能化后的h-BN将会具有更为广泛的实际用途。对于h-BN来说，其在水中的溶解度对于实际使用影响较大。目前高浓度h-BN分散液基本通过强酸强碱功能化使h-BN羟基化，赋予其更多活性位点。该种方法操作复杂，步骤繁琐，成本高、可能对h-BN纳米片中引入异原子，容易对环境造成污染，同时强酸强碱的实验操作具有一定的危险性。本专利技术设计的方法便捷廉价，通过硼酸辅助球磨功能化的方法，在不引入异原子、降低实验危险性的前提下，得到h-BN纳米片分散液，分散液溶解性较高，得到的纳米片结晶度高，是一种高浓度h-BN分散液制备生产的新方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种通过硼酸辅助球磨功能化h-BN纳米片及其分散液的制备方法。该方法首次采用硼酸和h-BN片为原料。通过以下两步合成：第一步，取硼酸和h-BN片的混合物置于球磨罐中，进行球磨操作，将得到均匀反应的固体混合物分散于去离子水中，然后对该混合液进行分级梯度离心处理，将梯度离心得到的各级下层沉淀再次分散于去离子水中，洗涤处理反复进行多次，直至pH试纸指示硼酸完全被洗去，随后对其进行干燥处理；第二步，将各级梯度离心随后干燥得到的白色固体均匀分散于去离子水中并搅拌，即得到h-BN分散液。该方法简单廉价，产品分散性和稳定性好。本专利技术的技术方案一种h-BN纳米片分散液的制备方法，包括如下步骤：(1)将硼酸和h-BN纳米片固体混和物放入球磨罐中，其物料摩尔配比为硼酸：h-BN＝0.1:1-2:1，以50-500r/min的转速球磨操作12-72h，得到反应后的固体混合物。(2)将步骤(1)中固体混合物分散于去离子水中，对混合物分散液进行1000-4000r/min离心处理，将离心后的上清液以5000-8000r/min离心处理，再次将离心后的上清液以9000-11000r/min离心处理，将得到的各级下层沉淀再次分散于去离子水中，洗涤处理反复进行多次，直至以pH试纸指示pH值为7，表明体系中硼酸完全被洗去。之后对洗涤处理完成后的样品进行干燥处理。(3)将步骤(2)中干燥后的不同尺寸规格的h-BN片(白色固体)分别放入500ml-1000ml烧杯中，以100ml/min-500ml/min的流速加入去离子水，搅拌使其均均匀分散于去离子水中，搅拌之后得到不同纳米尺寸的h-BN分散液产品。本专利技术方案中选取玛瑙球磨罐和玛瑙磨球，同时氧化铝制球磨罐与磨球，聚四氟乙烯球磨罐与磨球，钢制球磨罐与磨球对本专利技术均无影响，球磨操作均不会产生异原子影响。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术方法所得到的产物为纯度和结晶度较高的h-BN纳米片分散液产品。样品的粉末XRD测试，说明硼酸辅助球磨前后的h-BN样品均为高结晶相。硼酸辅助球磨后h-BNXRD图谱出现明显的15°馒头宽肩峰，表明h-BN的硼酸辅助功能化。通过对球磨前后h-BNXRD衍射特征峰(002)和(100)相对强度分析，说明硼酸辅助球磨对h-BN起到了有效剥离少层化。同时，由于硼酸的润滑性，硼酸辅助的球磨过程能有效降低对h-BN结构的细碎化，确保最终的h-BN纳米片具有一定可观的平面尺寸。通过红外图谱(FTIR)分析，除h-BN典型的ν(BN)和δ(BNB)特征振动带，1630cm-1的—NH2特征峰说明该h-BN纳米片的明显氨基功能化。另外，硼酸辅助的球磨导致明显增强的—OH特征峰，进一步说明该硼酸辅助球磨后的纳米片产品被有效的羟基功能化。拉曼图谱和拉曼图谱峰的半峰宽E2g振动模式，进一步说明硼酸辅助球磨过程得到的纳米片结构保持了与工业级h-BN相似的高有序高结晶特点。通过SEM样品照片分析，说明h-BN大块结构被充分的细化，但是得到的超薄纳米片仍然具有大小可观的二维直径尺寸，约1μm。加入少量的硼酸，在硼酸浓度低的条件下，获得了分散效果较好的分散液。不同稀释浓度的分散液的丁达尔效应照片进一步说明该h-BN纳米片的高稳定水溶液分散能力。例如超高浓度(3.88mg/mL)的高结晶六h-BN纳米片分散液也表现出明显的丁达尔效应。该高浓度分散液静置100天而分散效果未有消弱。本专利技术提出的硼酸辅助球磨功能化策略对高浓度h-BN分散液的制备以及实际应用开发具有重大意义。2)本专利技术采用的原料为硼酸和工业级h-BN纳米片，均属于已经工业化生产和普通化工原料，廉价易得，无毒，降低了产品的成本，防止了异原子的污染的同时，也降低了对环境的污染。3)本专利技术通过硼酸辅助球磨和梯度分级离心的方法，以一种简单的方式分离了沉淀和上清液体系，同时获得了不同尺寸大小的功能化纳米片产物，操作简单，易于操作。4)本专利技术方法合成的高浓度h-BN纳米片分散液具有较好的分散均匀性，长期分散稳定性，高纯度和高结晶的特点。该制备过程简单廉价，能够实现大规模工业化生产。此专利技术将为h-BN纳米片硼酸功能化的发展提供便利。附图说明图1为实例1中h-BN纳米片硼酸辅助球磨前后XRD谱图图2为实例1中h-BN纳米片硼酸辅助球磨前后FTIR谱图图3为实例1中h-BN纳米片硼酸辅助球磨前后Raman谱图图4为实例1中h-BN纳米片硼酸辅助球磨后各级SEM图片，(a)第一次离心后SEM图像(b)第二次离心后SEM图像(c)第三次离心后SEM图像。图5为实例1中h-BN纳米片硼酸辅助球磨后TEM图片图6为实例1中球磨后不同稀释倍数下h-BN纳米片分散液紫外可见吸收光谱图7为实例1中球磨后不同浓度h-BN纳米片分散液丁达尔效应图图8为实例1中该h-BN纳米片分散液的长期静置稳定性说明图9为硼酸辅助球磨h-BN纳米片示意图具体实施方式下面结合附图和具体实施对本专利技术进一步说明。实施例1(1)将3.1g硼酸和2.5gh-BN纳米片放入球磨罐中，以232r/min的转速进行球磨操作72h，得到反应后的固体混合物(2)将步骤(1)中固体混合物分散于去离子水中，对混合物分散液进行2500r/min离心处理，将离心后的上清液以6500r/min离心处理，再次将离心后的上清液以10000r/m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六方氮化硼纳米片分散液的制备方法，其特征包括如下步骤：/n(1)将硼酸和h-BN片固体混合物放入球磨罐中，其物料摩尔配比为硼酸：h-BN＝0.5:1，以50-500r/min的转速球磨操作12-72h，得到反应后的固体混合物；/n(2)将步骤(1)中固体混合物分散于去离子水中，对混合物分散液进行1000-4000r/min离心处理，将离心后的上清液以5000-8000r/min离心处理，再次将离心后的上清液以9000-11000r/min离心处理，将梯度离心得到的各级下层沉淀再次分散于去离子水中，洗涤处理反复进行多次，直至以pH试纸指示pH值为7，表明体系中硼酸完全被洗去；之后对洗涤处理完成后的样品进行干燥处理；/n(3)将步骤(2)中干燥后的不同尺寸规格的h-BN片(白色固体)分别放入500ml烧杯中，以100ml/min-500ml/min的流速加入去离子水，搅拌使其均均匀分散于去离子水中，搅拌之后得到不同纳米尺寸的h-BN分散液产品。/n

【技术特征摘要】
1.一种六方氮化硼纳米片分散液的制备方法，其特征包括如下步骤：
(1)将硼酸和h-BN片固体混合物放入球磨罐中，其物料摩尔配比为硼酸：h-BN＝0.5:1，以50-500r/min的转速球磨操作12-72h，得到反应后的固体混合物；
(2)将步骤(1)中固体混合物分散于去离子水中，对混合物分散液进行1000-4000r/min离心处理，将离心后的上清液以5000-8000r/min离心处理，再次将离心后的上清液以9000...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐成春，周正，薛彦明，曹超超，冀嘉伟，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12