[發(fā)明專利]氮化硼納米片/碳納米管復(fù)合材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN110835098A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉立偉;郭玉芬;王汝冰;李奇;陳明亮;李偉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064;C01B32/162;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發(fā)明公開了一種氮化硼納米片/碳納米管復(fù)合材料及其制備方法。所述的制備方法包括：使作為插層劑的催化劑前驅(qū)體與氮化硼原料進(jìn)行插層反應(yīng)，制得氮化硼插層物；在設(shè)定溫度下，使氮化硼被解理為氮化硼納米片，以及，使催化劑前驅(qū)體被還原為催化劑，所述催化劑為生長碳納米管所需的催化劑；將所獲薄層氮化硼納米片與催化劑的復(fù)合物置于適合碳納米管生長的環(huán)境中，進(jìn)行碳納米管的生長，從而獲得目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明的制備工藝簡單，成本低廉，環(huán)境友好，可以快速大量的制備氮化硼納米片/碳納米管復(fù)合體系粉末，所獲的產(chǎn)物是新型的原位混合材料體系，其可以在特種氣體和危廢液體的吸附、絕緣導(dǎo)熱材料添加劑以及抗磨材料添加劑等多種領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合納米材料的制備方法，特別涉及一種氮化硼納米片/碳納米管復(fù)合材料及其制備方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，作為納米科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，二維納米材料尤其是石墨烯、硫化鉬、氮化硼等，由于具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀隧道效應(yīng)等一系列特殊的量子效應(yīng)，使其在聲、光、電、磁、熱以及力學(xué)等方面的性質(zhì)較宏觀材料發(fā)生重大的變化，加大了人們對二維納米材料的研究熱情。二維納米材料氮化硼具有與石墨烯及其相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，都具有非常高的導(dǎo)熱特性，并且氮化硼納米薄片還有比石墨烯更好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱特性和疏水特性。氮化硼納米片還有著非常優(yōu)異的絕緣特性，氮化硼為直接帶隙的寬帶隙半導(dǎo)體(帶隙～5.9eV)，性能接近絕緣，而其電阻隨溫度變化非常微弱，25℃和2000℃時電阻率均為10⁴Ω·cm，是陶瓷材料中最好的高溫絕緣材料。而碳納米管是一種一維碳納米材料，有著非常完整的分子結(jié)構(gòu)，并且具有非常高的一維熱導(dǎo)率，化學(xué)穩(wěn)定性和極好的電子傳輸性能。將兩種材料混合起來，有著非常多的獨(dú)特的應(yīng)用，如稀有氣體吸附、有機(jī)污染物吸附，耐磨增強(qiáng)材料，和絕緣導(dǎo)熱添加劑等。氮化硼納米片/碳納米管復(fù)合材料用作絕緣導(dǎo)熱添加材料的原理如下：氮化硼的寬禁帶可以有效的阻止電流的穿過，提高材料的耐壓強(qiáng)度，起到絕緣的關(guān)鍵作用；而碳納米管具有非常好的導(dǎo)電性可以使整個材料體系的所承受的電壓均勻分散，不至于導(dǎo)致局部電壓過大而擊穿，從而使整個材料體系具有非常優(yōu)異的耐電壓特性。無論是氮化硼還是碳納米管，熱導(dǎo)率都非常高，將其作為導(dǎo)熱添加劑填入到材料體系中，都可以使整個材料體系的熱導(dǎo)率提高。

目前在薄層氮化硼納米片上生長碳納米管的方法，在國內(nèi)外還是空白，人們對碳納米管與氮化硼的復(fù)合材料制備僅僅停留在直接機(jī)械混合階段，這種制備方法存在這很多問題，例如：

(1)氮化硼納米片制備主要依靠球磨方法，這種制備方法獲得的氮化硼較厚并且片層尺寸較小，不利于后期應(yīng)用；

(2)直接將氮化硼納米片和碳納米管通過機(jī)械混合的方式進(jìn)行分散，很難達(dá)到均勻分散的效果，尤其是碳納米管，受其結(jié)構(gòu)限制，很容易相互糾結(jié)在一起，而導(dǎo)致分散不均勻，這樣，在將其作為絕緣散熱材料就存在一定風(fēng)險(xiǎn)；

(3)直接機(jī)械混合的方法進(jìn)行氮化硼和碳納米管復(fù)合，碳納米管和氮化硼之間的搭接會存在阻礙，不利于材料體系作為整體發(fā)揮作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種氮化硼納米片/碳納米管復(fù)合材料及其制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮化硼納米片/碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其包括：

(1)使作為插層劑的催化劑前驅(qū)體與氮化硼原料進(jìn)行插層反應(yīng)，制得氮化硼插層物；

(2)在設(shè)定溫度下，使氮化硼被解理為氮化硼納米片，以及使催化劑前驅(qū)體被還原為催化劑，所述催化劑為生長碳納米管所需的催化劑；

(3)將步驟(2)所獲反應(yīng)產(chǎn)物置于適合碳納米管生長的環(huán)境中，進(jìn)行碳納米管的生長，從而獲得氮化硼納米片/碳納米管復(fù)合材料。