[發(fā)明專利]一種純剪切球磨與超聲協(xié)同制備六方氮化硼納米片的裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711075597.6
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN107716002B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許崇海;吳光永;陳照強(qiáng);衣明東;肖光春
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B02C17/10
• 分類號(hào): B02C17/10;B02C17/16;B02C17/14;B02C17/18;C01B21/064;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 葉亞林

本發(fā)明涉及一種純剪切球磨與超聲協(xié)同制備六方氮化硼納米片的裝置和方法。所述裝置包括：震蕩槽內(nèi)設(shè)置有隔板，將震蕩槽分割為工作腔和動(dòng)力腔；所述工作腔內(nèi)設(shè)置有帶攪拌裝置的球磨筒，球磨筒外的空腔是超聲介質(zhì)液體盛放腔室；所述球磨筒內(nèi)有磨球堆積的磨球?qū)樱瞿デ驅(qū)拥纳厦嬉来卧O(shè)置有壓板、壓塊；攪拌桿伸入磨球?qū)又校粍?dòng)力腔內(nèi)設(shè)置有超聲波發(fā)生器和超聲波換能器。本發(fā)明還提供利用所述裝置制備六方氮化硼納米片的方法。本發(fā)明的裝置和方法具有設(shè)備與工藝簡單、操作簡便、成本低廉、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)六方氮化硼納米片制備規(guī)模化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種純剪切球磨與超聲協(xié)同制備六方氮化硼納米片的裝置和方法，屬于無機(jī)納米材料的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

六方氮化硼(h-BN)因具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)而素有“白色石墨”之稱，相應(yīng)地，h-BN納米片因具有類似石墨烯的二維結(jié)構(gòu)而常被稱為“白色石墨烯”和“氮化硼烯”。相對于石墨烯，h-BN納米片具有獨(dú)特的性能，包括高能帶間隙(絕緣體)、高化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性、紫外發(fā)光性能。此外，h-BN納米片的高表面積和N-B鍵的極性使其對多種物質(zhì)都有良好的吸附性能。因此，h-BN納米片在復(fù)合材料、催化劑載體、氣體吸附及納米電子器件領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。對多數(shù)應(yīng)用而言，性能良好的h-BN納米片應(yīng)具有較大的片徑尺寸(100nm以上)、較小的片層厚度(10nm以下)和良好的晶體結(jié)構(gòu)(無晶格缺陷)。實(shí)現(xiàn)h-BN納米片的好性能、低成本、規(guī)模化、生態(tài)環(huán)保、連續(xù)可控的生產(chǎn)制備具有重要意義。

目前，h-BN納米片的制備方法可分為“自上而下”的剝離法和“自下而上”的合成法兩大類。前者主要是機(jī)械剝離法和化學(xué)剝離法，后者主要是化學(xué)合成法和化學(xué)氣相合成法。化學(xué)剝離法利用化學(xué)試劑與h-BN原料粉體的作用對抗h-BN原子層之間范德華力進(jìn)行剝離，具有高效、低成本的優(yōu)勢，但該方法制備過程中，使用大量的強(qiáng)氧化劑、還原劑、強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，造成環(huán)境污染，且對h-BN納米片的晶體結(jié)構(gòu)造成破壞，形成缺陷，影響其綜合性能。化學(xué)合成法用硼化物和銨鹽在高溫高壓的反應(yīng)釜中原位氮化反應(yīng)生成h-BN納米片，操作環(huán)境安全性較差，產(chǎn)品不易控制。化學(xué)氣相沉積法是將含有氮和硼的原料以加熱等方式變成氣態(tài)，由惰性氣體輸送，在較高的溫度下沉積在晶格匹配且非常潔凈的基板上。該方法的主要優(yōu)勢是制備大面積的h-BN納米片，但其成本昂貴、工藝復(fù)雜、難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展。相比之下，機(jī)械剝離法是綠色、高效、低成本的制備方法。

機(jī)械剝離法制備h-BN納米片包括球磨剝離法、超聲剝離法、水射流剝離法以及氣流粉碎機(jī)剝離法等。球磨剝離法具有工藝簡單、成本低廉、可規(guī)模化生產(chǎn)h-BN納米片的優(yōu)勢，但該方法中的磨球?qū)-BN粉體除了施加具有剝離作用的剪切力，還因?yàn)槟デ蜷g的碰撞而產(chǎn)生巨大的沖擊力，沖擊力不但使h-BN納米片的片徑尺寸變小，而且h-BN納米片的層晶格也受到影響，因此該方法制備的h-BN納米片的片徑尺寸較小、晶格缺陷大，難以制備大片徑尺寸、高品質(zhì)的h-BN納米片。因此球磨法制備h-BN納米片時(shí)應(yīng)設(shè)法減小沖擊力，增加剪切力。水射流剝離法和氣流粉碎機(jī)剝離法是通過沖擊力、空化力和粉體間的碰撞摩擦對粉體進(jìn)行粉碎和剝離，不但設(shè)備復(fù)雜、操作繁瑣，而且也會(huì)存在球磨剝離法的上述缺點(diǎn)。超聲剝離法是將h-BN原料粉體分散在剝離溶劑中，利用超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)釋放的巨大能量將h-BN片層進(jìn)行剝離而制備h-BN納米片的方法。該方法工藝簡單、成本低廉，對h-BN納米片的層晶格影響較小，能制備較高品質(zhì)的h-BN納米片。但由于h-BN結(jié)構(gòu)中B原子與N原子的電負(fù)性差異使得原子層之間的作用力除范德華力外還帶有部分離子鍵性質(zhì)的作用力，導(dǎo)致h-BN比石墨更難剝離。因此，超聲剝離法的產(chǎn)率(即制備的h-BN納米片與加入的h-BN原料粉體的質(zhì)量百分比)很低，不能滿足規(guī)模化生產(chǎn)h-BN納米片的需要，并且隨著超聲時(shí)間的增加，得到的h-BN納米片的片徑尺寸相應(yīng)地減小。中國專利文件CN103130236A提供了一種球磨與液相剝離相結(jié)合制備BN烯分散液的方法，該方法先后進(jìn)行球磨處理和超聲處理，由于兩種處理過程分別進(jìn)行，未能克服球磨剝離法和超聲剝離法各自的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種純剪切球磨與超聲協(xié)同制備六方氮化硼納米片的裝置。