[發明專利]二維材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110277143.7
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112978688B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 成會明;丘陵;劉閩蘇;范維仁
• 申請（專利權）人: 佛山市晟鵬科技有限公司
• 主分類號: C01B21/064
• 分類號: C01B21/064
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 劉燚

本發明公開了二維材料及其制備方法和應用。本申請的第一方面提供二維材料的制備方法，包括以下步驟：將層狀材料與強堿的溶液混合，施加機械力，剝離得到二維材料。利用強堿溶液作為機械剝離二維材料的輔助，提高機械力的剪切作用對層狀材料的剝離效果。相比純機械法剝離或現有的機械化學法，強堿助劑及濕法工藝的協同作用更為明顯，有效降低機械力與層狀材料的直接接觸，保護層狀材料的片層，避免過大的沖撞力破壞，使得二維材料的片層尺寸大大提高。另外，強堿在機械作用下會與層狀材料發生高效的化學反應，在層狀材料的缺陷處接枝羥基官能團，從而在機械力作用下更容易剝離。

技術領域

本申請涉及二維材料技術領域，尤其是涉及二維材料及其制備方法和應用。

背景技術

二維材料通常被認為是單維度小于十個原子層，其余兩個維度是幾十納米到幾十微米的納米材料。由于二維材料的量子尺寸效應、邊緣效應、表面效應、宏觀量子隧道效應等，使其具備一些不同于原來的特殊性能，在諸多領域具有廣泛的應用前景。近年來，如石墨烯、六方氮化硼、二硫化鉬、二硫化鎢和黑鱗等二維材料的獨特性質，給材料科學領域帶來了新的發展。單層或少層的石墨烯具有極高的機械強度、優良的光透過性、高電子遷移率以及高的熱導率。二維氮化硼納米片擁有和石墨烯相似的原子結構，也被稱為白石墨烯。二位氮化硼納米片同樣具有高的機械強度、熱導率等特性，但白石墨烯是一種優秀的絕緣材料、且具有高的熱穩定性、化學穩定性等獨特優點，可被用于電子絕緣散熱、涂料防腐等應用。二維二硫化鉬具備良好的潤滑性能，其類三明治的二維結構性能有望給光電材料、復合材料等諸多領域帶來巨大的變革。

二維材料的制備可分為自上而下和自下而上兩種合成方式。自上而下的方法有機械剝離和化學剝離兩個大類，其中機械剝離是通過機械作用力對二維材料進行剝離，其代表性工藝有超聲法、球磨法、高壓均質法、微射流法等；而化學剝離是通過對二維層狀材料進行化學改性，從而實現二維材料的有效剝離，其中包括氧化插層法、離子插層法、融堿法等。自下而上主要是化學氣相沉積法等手段，在特定的基底上制備二維氮化硼薄膜。傳統的自上而下的方法所制備的材料質剝離質量差、片層尺寸小，使得最終的性能難以達到預期。因此，有必要提供一種能夠獲得更大片層尺寸的二維材料的制備方法。

發明內容

本申請旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本申請提出一種具有更大片層尺寸的二維材料及其制備方法和應用。

本申請的第一方面，提供二維材料的制備方法，包括以下步驟：將層狀材料與強堿的溶液混合，施加機械力進行剝離，得到二維材料。

根據本申請實施例的制備方法，至少具有如下有益效果：

(1)本申請利用強堿溶液作為機械剝離二維材料的輔助，強堿在機械力作用過程中能夠被吸附到層狀材料的表面及邊緣，其中的氫氧根負離子帶動片層邊緣的卷曲作用，而陽離子則有利于插層進入層狀材料，進一步打開層間距，提高機械力的剪切作用對層狀材料的剝離效果。而強堿以溶液形式能夠在機械過程中能夠提高其作為助劑的作用，加強機械力的傳遞，使得整個機械剝離過程更加高效。相比純機械法剝離或現有的機械化學法，強堿助劑及濕法工藝的協同作用更為明顯，有效降低機械力與層狀材料的直接接觸，保護層狀材料的片層，避免過大的沖撞力破壞，使得二維材料的片層尺寸大大提高。

(2)另外，強堿在機械作用下會與層狀材料發生高效的化學反應，相比于其它的含羥基的助劑，反應能力更強，在層狀材料的缺陷處接枝的羥基官能團更多，在機械力作用下更容易剝離。而且強堿對于層狀材料的層內吸附能力較弱，最終得到的二維材料的潔凈性更高。