本發(fā)明涉及納米材料，具體涉及一種六方氮化硼納米片的制備方法。

背景技術(shù)：

1、六方氮化硼(h-bn)被稱為“白色石墨烯”，是一種類石墨結(jié)構(gòu)的非氧化物陶瓷，具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能、抗氧化性能、絕緣性能和較低的熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)。h-bn作為導(dǎo)熱填料被廣泛應(yīng)用于熱界面材料領(lǐng)域，特別是與聚合物復(fù)合形成的高導(dǎo)熱絕緣復(fù)合材料在電子工業(yè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。與普通氮化硼顆粒相比，氮化硼納米片(bnns)具有更大的比表面積，與基體材料復(fù)合具有更大的熱接觸面積，能夠增加材料中的導(dǎo)熱通路提高導(dǎo)熱效率。目前，采用“自下而上”化學(xué)反應(yīng)直接合成六方氮化硼納米片的方法包括脈沖等離子體沉積法、化學(xué)氣相沉積法、磁控濺射法、離子束法、前驅(qū)體熱解法和熔鹽輔助合成法等。其中，脈沖等離子體沉積法和化學(xué)氣相沉積法可以高效制備厚度可控、純度高的單層或多層六方氮化硼納米片，主要以氨硼烷、硼氮烷或二硼烷等硼或氮的小分子氣體作為前驅(qū)體，在銅、銀、鎳和鉑等襯底表面反應(yīng)生成bnns，但制備工藝較繁瑣，需要特定的氣氛和真空或壓力條件，對設(shè)備要求較高，且產(chǎn)量低，不適用于大規(guī)模制備。而磁控濺射法、離子束法和前驅(qū)體熱解法是大規(guī)模制備h-bnns的有效途徑，但磁控濺射法和離子束法通常需要在1000℃左右高溫下采用氫氣、氬氣或氮?dú)鈿夥罩袑σr底預(yù)處理，再通過一定強(qiáng)度的離子束對目標(biāo)進(jìn)行濺射反應(yīng)，對設(shè)備要求高、制備工藝復(fù)雜。前驅(qū)體熱解法一般分為前驅(qū)體的制備和高溫裂解兩步，前驅(qū)體大多采用有機(jī)原料制備，存在制備周期長、原材料環(huán)保性差等問題。另外，“yelinfeng,zhao?lei,liang?feng,he?xuan,fang?wei,chen?hui,zhang?shaowei,anshihua.facile?synthesis?of?hexagonal?boron?nitride?nanoplates?via?molten-salt-mediated?magnesiothermic?reduction[j].ceramics?international,2015,41(10):14941-14948.”報(bào)道了一種熔鹽輔助鎂熱還原法合成h-bnns的制備方法。采用四硼酸鈉和金屬鎂粉為反應(yīng)原料，氯化鎂作為輔助熔鹽介質(zhì)，首先按照四硼酸鈉/金屬鎂的摩爾比為1:6稱量混合，向混合原料中加入不同比例的氯化鎂(氯化鎂/反應(yīng)物的質(zhì)量比為0.5:1、1:1、2:1、4:1)，再放入氧化鋁管式爐中在氮?dú)鈿夥障乱?℃/min升溫至800-1200℃保溫3h后冷卻至室溫，最后在硫酸(5wt％)中攪拌12h除去雜質(zhì)后采用去離子水洗滌、過濾、干燥后得到h-bnns。該方法中反應(yīng)原料金屬鎂的化學(xué)性質(zhì)活潑、不易保存，易氧化自燃具有一定危險(xiǎn)性。此外，產(chǎn)物除雜時(shí)間較長，存在硫酸廢液處理排放問題。“tian?liang,li?junyi,liang?feng.chang?shuai,zhang?haijun,zhang?mingyang,zhang?shaowei.facilemolten?salt?synthesis?of?atomically?thin?boron?nitride?nanosheets?and?theirco-catalytic?effect?on?the?performance?of?carbon?nitride?photocatalyst[j].journal?of?colloid?and?interface?science,2019,536:664–672.”報(bào)道了一種熔鹽輔助合成h-bnns的方法。該方法分別以三聚氰胺為氮源，以硼砂為硼源，以氯化鈉和氯化鉀混合鹽作為輔助熔鹽，將混合原料置于氧化鋁坩堝在氮?dú)鈿夥障乱?℃/min升溫至1100℃保溫3h后隨爐冷卻至室溫，經(jīng)過洗滌干燥得到初始粉末，最后通過超聲、離心得到h-bnns。此方法具有生產(chǎn)設(shè)備便宜、工藝簡單和產(chǎn)品產(chǎn)量高等特點(diǎn)，但使用原料三聚氰胺屬于2b類致癌物對人體和環(huán)境均有一定危害。專利cn1161216661a公開了一種前驅(qū)體法與熔鹽輔助法相結(jié)合合成h-bnns的制備方法，該發(fā)明將硼酸、硼砂和氧化硼等作為硼源，三聚氰胺、尿素、三聚氰胺和二酰胺等作為氮源，按照n和b原子的摩爾比為1:1-1:6混合研磨后在氮?dú)鈿夥障录訜嶂?50～300℃保溫4-8h生成前驅(qū)體，再將前驅(qū)體與氯化鈉、氯化鉀和碳酸鉀等一種或多種熔鹽以前驅(qū)體/熔鹽的質(zhì)量比為1:1-1:4均勻混合，最后在氣體流速為0.3-0.8l/min的氮?dú)鈿夥障律郎刂?200-1500℃下保溫3-6h后隨爐冷卻至室溫，經(jīng)過洗滌、干燥得到h-bnns。此方法中采用三聚氰胺等原料對環(huán)境不友好，前驅(qū)體制備和熔鹽輔助燒結(jié)均需要較長時(shí)間，具有制備時(shí)間長、工藝步驟較繁瑣等問題。

2、因此，需要解決六方氮化硼納米片制備中存在的工藝復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)成本高和環(huán)保問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種六方氮化硼納米片的制備方法，具有操作簡單、原料廉價(jià)、無毒無害、適合規(guī)模化生產(chǎn)等特點(diǎn)。

2、本發(fā)明的六方氮化硼納米片的制備方法，包括以下步驟：將硼粉與熔鹽混合后在氮?dú)鈼l件下高溫合成，將合成產(chǎn)物分離制得六方氮化硼納米片h-bnns和可循環(huán)使用的熔鹽；

3、進(jìn)一步，所述熔鹽與硼粉的質(zhì)量比為1:1-10:1；

4、進(jìn)一步，所述熔鹽為純氯化鈉、純氯化鉀中的一種或兩種的混合物；

5、進(jìn)一步，將硼粉與熔鹽采用機(jī)械研磨混合制得混合粉末，研磨時(shí)間為10-30min；

6、進(jìn)一步，將混合物粉末在氮?dú)夂统悍磻?yīng)氣氛中加熱至1000-1400℃，并保溫為30-120min；所述氮?dú)鈿怏w流量為0.1-0.5l/min；升溫速率為5-10℃/min；

7、進(jìn)一步，將反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)洗滌、抽濾、干燥制得六方氮化硼納米片h-bnns；

8、進(jìn)一步，將反應(yīng)后的產(chǎn)物與去離子水混合后加熱至60-90℃攪拌至熔鹽完全溶解，然后抽濾，將抽濾得到的固體在溫度為80-120℃下烘干2-4h得到六方氮化硼納米片h-bnns；

9、進(jìn)一步，將抽濾得到的溶液加熱蒸發(fā)，制得可循環(huán)使用熔鹽；

10、進(jìn)一步，加熱溫度為100℃-120℃。

11、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的六方氮化硼納米片的制備方法，以硼為原料，相較于其他自下而上制備方法所采用的硼源，如三聚氰胺、氨硼烷、硼氮烷等更加安全無毒，對環(huán)境友好，且原料價(jià)格低廉。本發(fā)明的制備方法操作簡單，也不需要大型設(shè)備，不僅可以制備高純度的h-bnns，同時(shí)還可以回收利用熔鹽，達(dá)到節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本、減少排放的目的，適合規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種六方氮化硼納米片的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：將硼粉與熔鹽混合后在氮?dú)鈼l件下高溫合成，將合成產(chǎn)物分離制得六方氮化硼納米片h-bnns和可循環(huán)使用的熔鹽。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼納米片的制備方法，其特征在于：所述熔鹽與硼粉的比為1:1-10:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的六方氮化硼納米片的制備方法，其特征在于：所述熔鹽為純氯化鈉、純氯化鉀中的一種或兩種的混合物。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼納米片的制備方法，其特征在于：將硼粉與熔鹽采用機(jī)械研磨混合制得混合粉末，研磨時(shí)間為10-30min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼納米片的制備方法，其特征在于：將混合物粉末在氮?dú)夂统悍磻?yīng)氣氛中加熱至1000-1400℃，并保溫為30-120min；所述氮?dú)鈿怏w流量為0.1-0.5l/min；升溫速率為5-10℃/min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六方氮化硼納米片的制備方法，其特征在于：將反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)洗滌、抽濾、干燥制得六方氮化硼納米片h-bnns。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的六方氮化硼納米片的，制備方法，其特征在于：將反應(yīng)后的產(chǎn)物與去離子水混合后加熱至60-90℃攪拌至熔鹽完全溶解，然后抽濾，將抽濾得到的固體在溫度為80-120℃下烘干2-4h得到六方氮化硼納米片h-bnns。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的六方氮化硼納米片的制備方法，其特征在于：將抽濾得到的溶液加熱蒸發(fā)，制得可循環(huán)使用熔鹽。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的六方氮化硼納米片的制備方法，其特征在于：加熱溫度為100℃-120℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種六方氮化硼納米片的制備方法，包括以下步驟：將硼粉與熔鹽混合后在氮?dú)鈼l件下高溫合成，將合成產(chǎn)物分離制得六方氮化硼納米片h?BNNS和可循環(huán)使用的熔鹽；以硼為原料，相較于其他自下而上制備方法所采用的硼源，如三聚氰胺、氨硼烷、硼氮烷等更加安全無毒，對環(huán)境友好，且原料價(jià)格低廉。本發(fā)明的制備方法操作簡單，也不需要復(fù)雜設(shè)備，不僅可以制備高純度的h?BNNS，同時(shí)還可以回收利用熔鹽，達(dá)到節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本、減少排放的目的，適合規(guī)?；a(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：田松,杜宗偉,鄭勇輝,曾明琴,黃昱清,蔣達(dá)鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21