【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二维材料，特别是涉及一种黑磷无纺布及其制备方法。
技术介绍
1、作为一种新兴的二维纳米材料，黑磷(blackphosphorus,bp)是白磷和红磷之外的磷单质的另一种同素异形体，也是磷单质中最稳定的一种形态。
2、黑磷具有可调的带隙，其厚度决定了其带隙范围为0.3～2.0ev，随着黑磷厚度的减小，其带隙增加。黑磷带隙的可调性允许其能够在可见光、红外和紫外区域进行广泛吸收，赋予了黑磷优异的光学性能。
3、由于黑磷层之间的范德华力较弱，黑磷很容易剥离成单层或几层纳米片。在单层黑磷(也称为磷烯)中，每个磷原子与三个相邻的磷原子共价键合，从而形成沿z字形双层结构和沿扶手椅方向的皱褶结构，这种结构有助于提高黑磷的光学性能、机械性能、导电性、热电性能和拓扑特征，使其区别于其他的2d材料，例如石墨烯二硫化钼(mos2)。与其它2d材料相比，黑磷拥有优异的光学和机械性能、导电性和电子转移能力，上述性能有助于其成为石墨烯基材料的替代品，应用到生物医学领域中。
4、具体而言，黑磷独特的光学特性能够应用于多种生物分析物(dna、蛋白质和无机离子)的荧光和比色检测中，具体包括生物传感、光声成像、光动力治疗、光热治疗和药物传递等。作为核酸的主要成分之一，磷对维持人类健康至关重要，是一种生物相容性材料，在生物医学领域具有广泛的应用潜力。由于其固有的电化学特性，黑磷已被用作生物传感物质，来检测目标分析物(例如免疫球蛋白和肌红蛋白)。由于其高载药效率、良好的生物相容性以及优异的光热、光动力特性和体内生物降解性
5、此外，黑磷还表现出高载流子迁移率，比如厚度为10nm的黑磷纳米片能达到1000cm2/vs，优于过渡金属硫化物(transition-metaldichalcogenide，tmd)，例如mos2的高载流子迁移率为100cm2/vs，有助于提高黑磷对电扰动的灵敏度，使其能够基于电导率来检测气体。超级电容器作为一种新型的储能装置，因其寿命长，成本低等优点具有广泛的应用前景，黑磷具有广泛的可调谐带隙、高载流子迁移率、高开关电流比、双极性，在储能装置中具有良好的发展优势。
6、专利cn115012070a公开了一种黑磷纤维的制备方法，将块状或粉末状黑磷分散于聚丙烯腈和n,n-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，制成质量浓度为1-20％的纺丝液，将其转入纺丝装置中，进行静电纺丝，干燥后得到黑磷纤维，通过该方法获得的黑磷纤维直径更细，产率更高，制得的黑磷纤维具有刚度大、韧性好及导电性能佳等特点，也可与其他纤维混编成各种织物，可在多个领域代替碳纤维使用；鉴于黑磷二维纳米材料在诸多领域中的广泛应用，对其性能的要求也逐渐提高，比如相对较高的柔性以及能够覆盖在相关器件的特性等，现有的黑磷二维纳米材料仍无法满足这些要求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种黑磷无纺布及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。本专利技术将黑磷分散于聚偏氟乙烯(pvdf)和二甲基乙酰胺(dmac)的混合溶剂中，制得电纺液，将所得电纺液进行静电纺丝，干燥后得到黑磷无纺布。本专利技术提供的制备方法属于环保工艺，该方法操作便捷且产率更高，室温下可操作，制得的黑磷无纺布不仅导电性能佳，且重量轻、柔性好，可覆盖在其他器件表面。
2、本专利技术提供的技术方案之一：
3、一种黑磷无纺布，包括黑磷纳米片和复合材料，所述黑磷纳米片均匀分散在所述复合材料中，所述复合材料包括聚偏氟乙烯和二甲基乙酰胺。
4、本专利技术提供的技术方案之二：
5、一种上述黑磷无纺布的制备方法，包括以下步骤：将黑磷加入保护剂中，冰浴下超声分散，取上层分散液，冰浴下再次超声分散，得到黑磷分散液，将所述黑磷分散液置于骨架溶液中，封口后磁力搅拌，得到电纺液，通过静电纺丝制备得到黑磷无纺布。
6、当黑磷层数减少时，会出现表面吸水、体积膨胀和结构被破坏等问题，最终影响其理化性能，此外，黑磷容易氧化，基于黑磷的上述不稳定性，本专利技术在制备黑磷分散液时加入了保护剂。优选的，所述保护剂选自二甲基乙酰胺、n，n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯或4-甲基苯甲醚。
7、进一步地，黑磷和保护剂的添加量之比为(0.1-0.5)g∶(10-30)ml；所述黑磷为粉末状黑磷。
8、进一步地，超声分散的功率为300-600w，时间为3-12h；所述再次超声分散的功率为300-600w，时间为2-4h。
9、将黑磷粉末与保护剂混合后，超声分散，通过控制超声功率和时间，得到黑磷分散液。当超声功率过大或者超声时间过长时，黑磷原料易发生消解，形成量子点。
10、进一步地，所述骨架溶液为pvdf。
11、在pvdf的分子结构中，氟元素取代了碳原子上的氢原子，使得其分子结构具有很强的稳定性，因此具有较高的耐热性、耐腐蚀性、耐老化性等；因为聚偏氟乙烯的分子链中富含氟原子，使得其具有很强的疏水性和疏油性，可以抵抗多种化学物质的侵蚀，因此，本专利技术选择聚偏氟乙烯作为骨架溶液。
12、更为优选的，所述pvdf为β型pvdf。
13、pvdf的β相晶型的导电性较好，其具有高度有序的铁电结构，使得pvdf表现出优异的压电和介电性能，同时也导致了其较好的导电性；β型pvdf具有较高的化学稳定性和耐候性，能够承受更广泛的环境条件变化，包括高温、紫外线辐射等；β型pvdf具有良好的机械性能，包括较高的强度和韧性，使其在各种应用中能够承受较大的力学压力；β型pvdf对许多化学物质具有较高的耐腐蚀性，能够在酸、碱、溶剂等恶劣环境中长期稳定使用；β型pvdf具有较高的热稳定性，能够在高温下保持其物理和化学性质的稳定性，不易分解或失去功能，由于本专利技术选择了β型pvdf作为骨架溶液，因此制备得到黑磷无纺布也具有良好的导电性、化学稳定性、耐候性、机械性能以及热稳定性。
14、更进一步地，所述聚偏氟乙烯和二甲基乙酰胺的质量比为(1-2)∶(10-20)。
15、进一步地，所述磁力搅拌的温度为70-150℃，转速为400-1200rmp，时间为2-12h。
16、进一步地，所述电纺液中黑磷的浓度为5-20wt％。
17、电纺纳米纤维具有高比表面积、易于表面改性、聚合物链功能化、价格低廉以及热机械性能可调等优点。静电纺丝可以看作是一种电喷涂，静电纺丝的原材料与高压电源相连，以提高液体静电电位，将电纺液置于高压静电场中，使其带电并产生形变，在喷头末端处形成泰勒锥液滴。当液滴表面的电荷斥力超过表面张力时，在液滴表面会高速喷射出微小液滴，简称“射流”，这些射流经过电场力的高速拉伸、溶剂挥发和固化，最终沉积在接收板上，形成聚合物纤维。
18、本专利技术静电纺丝制备黑磷无纺布的方法为：将上述电纺液移入电纺装置，在滚筒上固定硅油纸，调整滚筒和针头的距离为5-25cm，将高压电源夹在针头上，打开高压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种黑磷无纺布，其特征在于，包括黑磷纳米片和复合材料，所述黑磷纳米片均匀分散在所述复合材料中，所述复合材料包括聚偏氟乙烯和二甲基乙酰胺。
2.一种权利要求1所述的黑磷无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将黑磷加入保护剂中，冰浴下超声分散，取上层分散液，冰浴下再次超声分散，得到黑磷分散液，向所述黑磷分散液中加入骨架溶液，封口后磁力搅拌，得到电纺液，通过静电纺丝制备得到黑磷无纺布。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述保护剂选自二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯或4-甲基苯甲醚。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述黑磷和保护剂的添加量之比为(0.1-0.5)g∶(10-30)mL。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述超声分散的功率为300-600W，时间为3-12h；所述再次超声分散的功率为300-600W，时间为2-4h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述骨架溶液为聚偏氟乙烯。
7.根据权利要求6所述的制备
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述磁力搅拌的温度为70-150℃，转速为400-1200rmp，时间为2-12h。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述电纺液中黑磷的浓度为5-25wt％。
...【技术特征摘要】
1.一种黑磷无纺布，其特征在于，包括黑磷纳米片和复合材料，所述黑磷纳米片均匀分散在所述复合材料中，所述复合材料包括聚偏氟乙烯和二甲基乙酰胺。
2.一种权利要求1所述的黑磷无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将黑磷加入保护剂中，冰浴下超声分散，取上层分散液，冰浴下再次超声分散，得到黑磷分散液，向所述黑磷分散液中加入骨架溶液，封口后磁力搅拌，得到电纺液，通过静电纺丝制备得到黑磷无纺布。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述保护剂选自二甲基乙酰胺、n，n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、磷酸三乙酯或4-甲基苯甲醚。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述黑磷和保护剂的添加量之比为(0.1-...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢雅典，李岩璞，罗迎春，王环江，周凌云，李春艳，胡海良，崔灿，
申请(专利权)人：贵州民族大学，
类型：发明
国别省市：
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