二维材料的厚度筛分法、片径筛分法及径厚比调控方法技术

本发明专利技术公开了一种二维材料的厚度筛分法、片径筛分法及径厚比调控方法，厚度筛分方法包括以下步骤：取二维材料分散于含嵌段型高分子表面活性剂的溶液中，形成分散液，所述嵌段型高分子表面活性剂中的嵌段含有亲水嵌段和疏水嵌段；在所述分散液中加入碘克沙醇溶液形成等密度梯度液，离心得到具有不同厚度的二维材料条带，进而实现厚度筛分。利用本发明专利技术的方法能够对二维材料进行有效地厚度和片径筛分，适于产业化生产。于产业化生产。于产业化生产。

【技术实现步骤摘要】
二维材料的厚度筛分法、片径筛分法及径厚比调控方法


[0001]本专利技术涉及材料的筛分
，尤其是涉及一种二维材料的厚度筛分法、片径筛分法及径厚比调控方法。

技术介绍

[0002]二维材料因其独特的物理化学性质与材料厚度(层数)与横向尺寸(片径)密切相关，结合二维层状结构径厚比大且易于组装应用等优势，成为当下研究的热点。“自上而下”剥离法得到的二维材料，具有可处理性强、适于大规模应用、成本低廉等优点，是二维材料的大规模工业化推广应用的基础。但目前“自上而下”剥离法得到的二维材料普遍缺乏对于材料厚度与片径大小的有效控制，无法有效地区分剥离后材料的不同厚度和径厚比所带来的材料物理化学性质差异，因此阻碍了二维材料的独特有效性质与大规模实际应用。如何精准有效地区分剥离法二维材料因厚度与片径所带来的物理化学性质差异，实现二维材料的独特有效的大规模应用一直以来是科学界和产业界的主流研究方向之一。
[0003]同时，考虑到剥离法二维材料在柔性电子、光电探测、印刷电路、催化、生物载药和液晶显示等各个研究方向的应用；并结合“自上而下”剥离法适于大规模应用，成本低廉的优点，精准可控实现二维材料厚度与尺寸的独立精准调控和大规模精细化片径筛分尤为重要。由于在柔性电子、光电探测和印刷电路等应用中，二维材料厚度均一性极大影响材料本征带隙宽度；片径均一性极大影响材料薄膜组装均匀性，造成大量电子散射，降低材料电导率；所以就必须要求得到厚度与尺寸的分别可独立精准调控的二维材料。同时，在催化、生物载药和液晶显示等应用领域，主要利用二维材料本身面内和边缘的物理化学性质的差异进行应用优化，因此也导致了急需径厚比可调控的二维材料。因此，通过合理的实验设计精准可控实现材料厚度与尺寸的独立精准调控并实现径厚比调控和大规模精细化片径筛分尤为关键与重要。
[0004]因此，开发一种精准实现二维材料厚度与尺寸独立调控和大规模精细化片径筛分的有效方法，对于剥离法二维材料在科学界和产业界的后续研究与应用尤为重要。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种二维材料的厚度筛分法、片径筛分法及径厚比调控方法，能够对二维材料进行有效地厚度和片径筛分。
[0006]本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]本专利技术的第一方面，提供一种二维材料的厚度筛分方法，包括以下步骤：
[0008]取二维材料分散于含嵌段型高分子表面活性剂的溶液中，形成分散液，所述嵌段型高分子表面活性剂中含有亲水嵌段和疏水嵌段；
[0009]在所述分散液中加入碘克沙醇溶液形成等密度梯度液，离心得到具有不同厚度的二维材料条带，进而实现厚度筛分。
[0010]根据本专利技术的一些实施例，所述嵌段型高分子表面活性剂中的亲水嵌段和疏水嵌段间隔排布。在一些实施例中所述嵌段型高分子表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚，以泊洛沙姆为例，其为经环氧丙烷和环氧乙烷的阴离子开环聚合反应，得到两端为聚氧乙烯(PEO)、中间为聚氧丙烯(PPO)的三嵌段共聚物(PEO
‑
PPO
‑
PEO)，其中聚氧乙烯具有相对亲水性、聚氧丙烯具有相对亲油性，亲水嵌段和疏水嵌段间隔排布有利于二维材料在溶液中形成均匀水层包裹，均匀的水层包裹有利于降低待厚度筛分二维材料的浮力密度，因二维材料的浮力密度与二维材料层数紧密相关，因此有利于使用密度梯度离心法实现二维材料的厚度(层数)筛分。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，所述嵌段型高分子表面活性剂的HLB值范围为24
‑
30。进一步根据本专利技术的一些实施例，所述嵌段型高分子表面活性剂为Pluronic F68、F77、F87、F88中的至少一种。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，含嵌段型高分子表面活性剂的溶液中，所述嵌段型高分子表面活性剂的质量分数为0.1～5％。
[0013]进一步根据本专利技术的一些实施例，嵌段型高分子表面活性剂的质量分数为1～3％。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，含嵌段型高分子表面活性剂的添加量为5～50mL。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述离心的转速≥10000r/min。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述离心的转速为30000～40000r/min。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述碘克沙醇溶液的密度为1～1.32g/mL。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述碘克沙醇溶液的添加量为0.5～3.5mL。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，进行厚度筛分的温度为0～40℃。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，采用超声振荡形成所述分散液，超声震荡的时间为0.5～2h。
[0021]本专利技术的第二方面，提供一种二维材料的精细片径筛分法，包括以下步骤：
[0022]S1、取二维材料，在所述二维材料中加入含嵌段型高分子表面活性剂的溶液进行再分散处理得到二维材料分散液，离心所述二维材料分散液，取沉淀，
[0023]其中，所述嵌段型高分子表面活性剂含有亲水嵌段和疏水嵌段。
[0024]步骤S1中的二维材料可以例举的有：需要筛分片径的二维材料粉体，剥离法得到的二维材料分散液。进行片径筛分时在二维材料粉体中加入含嵌段型高分子表面活性剂的溶液进行再分散，二维材料分散液经差速离心形成沉淀后再加入含嵌段型高分子表面活性剂的溶液进行再分散。
[0025]二维材料的横向尺寸筛分的原理为片径越大，二维材料沉降速率越大。二维材料在离心管中的沉降速度除受到二维材料本身横向尺寸影响外，还与所受的离心力大小有关。在一定转速下，二维材料在离心管中的初始位置越靠近离心管底部，其所受离心力越大；在这种情况下，即使横向尺寸较小的二维材料也会沉淀，导致差速离心所得二维材料片径分布较广。本专利技术通过多次再分散，再离心，使得差速离心所得横向尺寸较小的二维材料，因为再分散而在离心管中初始位置靠近离心管顶部，不再作为沉淀被收集，从而有效地实现了二维材料的精细片径筛分。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，重复步骤S1至少两次。以重复两次为例，即取得的沉淀
继续加入含嵌段型高分子表面活性剂的溶液进行再分散处理，然后离心取沉淀。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述嵌段型高分子表面活性剂中的亲水嵌段和疏水嵌段间隔排布，在一些实施例中所述嵌段型高分子表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述嵌段型高分子表面活性剂的HLB值范围为24
‑
30。根据本专利技术的一些实施例，所述嵌段型高分子表面活性剂为Pluronic F68、F77、F87、F88中的至少一种。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，含嵌段型高分子表面活性剂的溶液中，嵌段型高分子表面活性剂的质量分数为0.1～5％。
[0030]本专利技术的第三方面，提供一种二维材料径厚比的调控方法，包括以下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维材料的厚度筛分方法，其特征在于，包括以下步骤：取二维材料分散于含嵌段型高分子表面活性剂的溶液中，形成分散液，所述嵌段型高分子表面活性剂中含有亲水嵌段和疏水嵌段；在所述分散液中加入碘克沙醇溶液形成等密度梯度液，离心得到具有不同厚度的二维材料条带，进而实现厚度筛分。2.根据权利要求1所述的二维材料的厚度筛分方法，其特征在于，所述嵌段型高分子表面活性剂中的亲水嵌段和疏水嵌段间隔排布。3.根据权利要求2所述的二维材料的厚度筛分方法，其特征在于，所述嵌段型高分子表面活性剂为聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段型聚醚；优选地，所述嵌段型高分子表面活性剂为PluronicF68、F77、F87、F88中的至少一种。4.根据权利要求1至3任一项所述的二维材料的厚度筛分方法，其特征在于，含嵌段型高分子表面活性剂的溶液中，所述嵌段型高分子表面活性剂的质量分数为0.1～5％。5.根据权利要求1至3任一项所述的二维材料的厚度筛分方法，其特征在于，所述离心的转速≥10000r/min。6.根据权利要求1至3任一项所述的二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘碧录，周赫元，谭隽阳，杨柳思，
申请(专利权)人：清华伯克利深圳学院筹备办公室，
类型：发明
国别省市：