[發明專利]一種二維材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110400479.8
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113247868B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 成會明;丘陵;劉閩蘇;范維仁;丁斯遠
• 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;C01G39/06;C01B32/19;C01B25/02;C01B13/14;B82Y40/00;C08L29/04;C08K3/04
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 張建珍

本發明公開了一種二維材料及其制備方法和應用，該制備方法包括：采用包括粘度改良介質、溶劑的原料混合配制改良流體；而后將層狀原料粉體與改良流體混合均勻制得混合膏體；再對混合膏體進行高速剪切處理，而后進行固液分離；其中，粘度改良介質選自單糖、多糖、聚合物、有機脂中的至少一種；改良流體在25℃下的粘度為20～5000mPa·s，且其在25℃、10000rpm轉速下攪拌處理1h后的粘度相比于攪拌前下降0～50％。通過以上方法，在高速剪切過程中，具有特定粘度特性的改良流體所構建的混合膏體環境可緩沖高速轉動的機械力，避免片層材料被機械沖擊力粉碎；制備過程中可保持體系的粘度穩定，保證高粘度膏體體系對二維材料的強作用力，實現大尺寸二維材料的連續、高效制備。

技術領域

本發明涉及二維材料制備技術領域，尤其是涉及一種二維材料及其制備方法和應用。

背景技術

自石墨烯被成功地制備之后，其許多優異的物理性質得到了理論及實驗上的驗證，并成功推動了石墨烯研究的整體發展。隨后，研究者們在其他二維層狀材料，如六方氮化硼、過渡金屬硫族化物、MXene、層狀金屬氧化物等基礎上，制備了多種新型二維材料。相較于傳統的體相材料，這些新型二維材料有著許多優異的性質。除此之外，相較于石墨烯所擁有的半金屬性質，新型二維材料可依據材料的選擇具有金屬、半導體、絕緣體等不同性質，從而在熱管理、復合物材料、光電傳感器、儲能器件等領域均有著潛在的應用。例如六方氮化硼同時具有高絕緣性和高導熱特性，使其具有解決電子器件散熱問題的潛力；又例如作為金屬態的半導體的1T-MoS₂和MXene等材料，在具有高能量密度的超級電容器方面具有廣闊的發展空間。二維材料是一系列具有廣闊應用前景的開創性材料，在微尺度新材料的研究和應用領域有著重要的意義。

長期以來，二維材料的規劃化應用很大程度上受到其工業化制備的制約。2004年，曼徹斯特大學安德烈海姆實驗室首次使用膠帶對石墨進行機械剝離從而獲得了單層的石墨烯。在后續的研究中，化學氣相沉積法被發現可以在特定的基底上制備高質量的二維材料，且被廣泛地研究，但是該工藝的制備成本較高，僅適合如光電傳感器、柔性導電薄膜等較為精細的應用場景，相對發展空間受到一定的限制。2008年，J.Coleman團隊通過使用液相剝離法制備可加工的二維材料作為一種普世的加工工藝，為后續二維材料基宏觀材料的發展奠定了堅實的基礎。在未來的十年中，液相剝離法成為二維材料制備最主要的方法之一。但是，液相剝離法仍舊有許多尚未克服的問題，其中，液相剝離法主要是通過使用一定的機械力處理液體中所分散的二維材料，而機械力對二維材料的作用方式從一定程度上是不受控制的，從而難以得到片徑大且厚度小的二維材料。

現有傳統的液相剝離工藝主要有超聲剝離法、濕法球磨、高速剪切工藝、高壓均質處理等，其中，高速剪切工藝是被認為最具有規模化生產潛力的工藝之一。高速剪切工藝的原理是通過對二維層狀材料分散液的高速攪拌所產生的高剪切力對二維材料實現剝離。當高速攪拌所產生的線速度越高、二維材料所受到的剪切力也會相對地提高。除此之外，當分散液地粘度在一定合適地范圍內，也能造成二維材料局部的受壓剪切，從而實現其高效制備。但是，高速剪切工藝仍然存在幾個尚未解決的問題，首先是高速剪切工藝主要是通過轉子的高速轉動所產生的剪切力，在材料碰撞到轉子時，除了剪切力也存在著較強的沖擊力，從而導致一般使用高速剪切工藝所制備的二維材料尺寸較小；其次，高速剪切裝置對分散液實現的作用力仍主要局限在轉子周圍，所以高速剪切法制備二維材料的產率也并不理想。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種二維材料及其制備方法和應用。

本發明的第一方面，提出了一種二維材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、采用包括粘度改良介質、溶劑的原料混合配制改良流體；所述粘度改良介質選自單糖、多糖、聚合物、有機脂中的至少一種；所述改良流體在25℃條件下的粘度為20～5000mPa·s，優選為50～500mPa·s，且所述改良流體在25℃、10000rpm轉速下攪拌處理1h后的粘度相比于攪拌前所述改良流體的粘度下降0～50％，優選0～20％；