CN110451498B - 一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110451498B
CN110451498B CN201910861267.2A CN201910861267A CN110451498B CN 110451498 B CN110451498 B CN 110451498B CN 201910861267 A CN201910861267 A CN 201910861267A CN 110451498 B CN110451498 B CN 110451498B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
boron nitride
composite structure
nitride nanosheet
nanosheet composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910861267.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110451498A (zh
Inventor
殷红
孙晓燕
高伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201910861267.2A priority Critical patent/CN110451498B/zh
Publication of CN110451498A publication Critical patent/CN110451498A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110451498B publication Critical patent/CN110451498B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/064—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with boron
    • C01B21/0645—Preparation by carboreductive nitridation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C01B32/194—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2204/00—Structure or properties of graphene
    • C01B2204/20—Graphene characterized by its properties
    • C01B2204/32—Size or surface area
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
    • C01P2004/24—Nanoplates, i.e. plate-like particles with a thickness from 1-100 nanometer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases

Abstract

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种石墨烯‑氮化硼纳米片复合结构及其制备方法。该结构中氮化硼纳米片直径为20～150nm，厚度为10～60nm，石墨烯直径为4～25μm，氮化硼纳米片均匀分布在大面积石墨烯薄层基底上，形成石墨烯‑氮化硼的复合结构。所述方法包括：将石墨烯薄层与氧化硼粉末充分混合研磨、分散、真空干燥后得到前驱体；将其置于管式炉，在氩气气氛加热至指定温度通入氨气进行反应得到初步产物，经处理后可得到石墨烯‑氮化硼纳米片复合结构。本发明中分散剂的加入使得氧化硼均匀分布在石墨烯表面，有效的提高了氮化硼在石墨烯基底上成核点；采用氨气作为反应气体进行高温反应，不需要任何金属催化剂，制备的产物更加纯净。

Description

一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法
技术领域
本发明技术方案具体涉及一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法，属于无机纳米材料领域，
背景技术
石墨烯自出现以来，凭借其高导热率、高电子迁移率、良好的力学性质等优势在当今电子科技等领域有着广泛的应用价值。虽然石墨稀导电能力优良，但是由于其零带隙能带结构，将其应用到电子元件中必须通过一些方法使石墨稀或其相应的复合材料产生足够大的带隙。二维六角氮化硼纳米片与石墨烯结构类似,但是与石墨相比还具有很多优异的物理化学性能，如高导热性、良好的高温稳定性、抗氧化性、宽带隙、超疏水、压电特性、良好的生物相容性、良好的润滑性和化学稳定性以及耐腐蚀性等，其独特性能和在纳米科技中极具前景的应用吸引了越来越多研究者的兴趣。若能通过物理或化学手段将二者结合，形成石墨烯-氮化硼纳米片的复合结构，将发挥二者各自的作用和协同互补优势。然而，目前所见的石墨烯和氮化硼二者的结合多为横向和纵向的层状异质结构，尚没有在石墨烯单层或者多层上以基点生长均匀排布氮化硼纳米片的实例。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种形貌均一、结构稳定的石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法。以氧化硼为硼的前驱体，十二烷基硫酸钠为分散剂，使得氮化硼前驱体均匀分布在石墨烯薄层的表面上，同时更易于氮化硼与石墨烯附和，有效的提高了氮化硼在石墨烯基底上成核点；氩气为保护气体，氨气为反应气体，进行高温反应，不需要任何金属催化剂，成功地制备出高纯度和高稳定性的石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构，氮化硼纳米片均匀分布在大面积石墨烯薄层基底上，形成石墨烯-氮化硼的复合结构。
优选的，所述氮化硼纳米片直径为25～150nm，厚度为15～55nm。
优选的，所述石墨烯直径为8～20μm。
本发明提供了上述石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备前驱体：将相应的分散剂溶解于去离子水中得到稳定溶液，将石墨烯和氧化硼粉末混合，充分研磨后，加上述分散剂溶液中，经超声处理后，置于恒温水浴锅中在指定温度下磁力搅拌至泥浆状，真空干燥后，得到前驱体；
(2)石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的制备与提纯：将步骤(1)所得前驱体置于真空管式炉中，在氩气气氛中持续加热至一定温度后通入氨气开始反应，此时再次升至一定温度并保温一段时间，随后自然冷却至室温，得到初步产物，经处理后可得到石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
优选的，所述步骤(1)中分散剂为十二烷基硫酸钠，分散剂浓度为1～2mg/ml。
优选的，所述步骤(1)中石墨烯与氧化硼质量比为1：18.5～50。
优选的，所述步骤(1)中石墨烯与分散剂的质量比为1：2～4。
优选的，所述步骤(1)中超声处理时间为3～6h。
优选的，所述步骤(1)中水浴温度控制在80℃。
优选的，所述步骤(1)中磁力搅拌时间为50～80min。
优选的，所述步骤(1)中干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
优选的，所述步骤(2)中管式炉以5℃/min的升温速率首先升至600～900℃。
优选的，所述步骤(2)中管式炉以5℃/min的升温速率再次升温至1000～1200℃，保温时间2～4h。
优选的，所述步骤(2)中氩气的通入速率为100～150ml/min，氨气的通入速率为60～80ml/min。
优选的，所述步骤(2)的初步产物的处理为：用80℃的去离子水洗涤产物数次，直至PH接近7，最后将得到的固体粉末置于真空干燥箱内于60℃干燥12h。
本发明的有益效果：(1)本发明以氧化硼或硼酸为硼的前驱体，十二烷基硫酸钠为分散剂，使得氮化硼前驱体均匀分布在石墨烯薄层的表面上，同时更易于氮化硼与石墨烯附和，有效的提高了氮化硼在石墨烯基底上成核点。(2)本发明制备的石墨烯-氮化硼纳米片复合结构不仅表现出较高的稳定性，同时表现出优异的物理化学特性，及实际应用优势，如集成电路，热传导等方面有着潜在的实际应用价值。(3)本发明提供的技术方案包括湿法化学预制备前驱体和管式炉烧结反应，制备方法简单，无需高压环境，对设备要求低，易于实现工业化；所用的化学反应试剂廉价易得，利用率高，产物对环境友好。
附图说明
图1为实施例1所制备石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的透射电子显微镜图。
图2为实施例1所制备石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的拉曼光谱。
图3为实施例1所制备石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的微区电子衍射图谱。
图4为实施例2所制备石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的透射电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
称取40mg十二烷基硫酸钠溶于20ml去离子水中，形成溶液备用；称取30mg石墨烯与1000mg氧化硼混合研磨30min后加入上述溶液超声处理3h后80℃下搅拌至泥浆状60℃烘干12h备用；将烘干后所得物质置于管式炉中，以200ml/min的流速通入氩气作为保护气体，并以5℃/min的速率将其由室温升至800℃，后以60ml/min的流速加入氨气，继续升温至1200℃保温2h。待反应结束后，取出反应物，用80℃热水洗涤至PH值到7，对其进行过滤干燥，得到石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
图1为所得到的石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的透射电子显微镜图。图中可以明显看到两种物质的复合，氮化硼纳米圆片在石墨烯上均匀分散生长，直径尺寸分布约为58～69nm。图2为所制备石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的拉曼光谱。图中在1341.5左右的位置出现了氮化硼典型拉曼峰位，石墨烯的D峰也出现在此处，相比于典型石墨烯峰值强度明显增加。同时出现的还有石墨烯的G峰峰位以及变矮变宽的石墨烯2D特征峰。由拉曼光谱图2可看出产物为石墨烯和氮化硼的复合相。图3所示的分区衍射显示出两套不同的衍射光斑，分别对应着氮化硼的(100)面和石墨烯的(100)面。
实施例2
在实施例1中，保温时间由2h变为4h，其他步骤与实施例1相同，可得到与实施例1中类似的石墨烯-氮化硼纳米片复合结构，其形貌如图4所示。图中复合结构中氮化硼纳米片的尺寸分布为74～128nm，相比实施例1中明显增大。说明了适当延长反应时间可有助于氮化硼纳米片的进一步生长。
实施例3
在实施例1中，氧化硼质量改为500mg，其他步骤与实施例1相同，可得到上述石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
实施例4
在实施例1中，以5℃/min的速率升温温度由800℃改至900℃后加入氨气，其他步骤与实施例1相同，仍可得到类似石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
实施例5
在实施例1中，超声时间改为6h，其他步骤与实施例1相同，可得到类似石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
实施例6
在实施例1中，氨气流速改为80ml/min，其他步骤与实施例1相同，可得到类似石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
对比例1
在实施例1中，初次升温温度改至1000℃，保温温度变为1300℃，其他步骤与实施例1相同，无法得到上述石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
对比例2
在实施例1中，氨气流速改为40ml/min其他步骤与实施例1相同，无法得到上述石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
本发明提供了一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法，并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述的具体实验操作。故凡依本发明申请专利范围所述的前驱物、操作流程及原理所做的等效变化或顺序改变，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (4)

1.一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的制备方法，其特征在于，该结构中氮化硼纳米片直径为20~150 nm，厚度为10~60 nm，石墨烯直径为4~25 µm，氮化硼纳米片均匀分布在大面积石墨烯薄层基底上，形成石墨烯-氮化硼的复合结构；包括以下步骤：
（1）制备前驱体：将十二烷基硫酸钠分散溶解于去离子水中得到0.05~1 mg/ml浓度的稳定溶液，将质量比为1：18.5~50的石墨烯和氧化硼粉末混合，充分研磨后，加上述分散剂溶液中，其中石墨烯与分散剂的质量比控制在1：0.05～4，之后经过3~6 h的超声处理后置于80~100 ℃恒温水浴锅中磁力搅拌30~100 min至泥浆状，接着60 ℃真空干燥12~24 h后得到前驱体；
（2）石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的制备与提纯：将步骤（1）所得前驱体置于真空管式炉中，在氩气气氛中持续加热，以5 ℃/min的升温速率升温至600~800 ℃通入氨气开始反应，氨气的通入速率为50～100 ml/min，此时再次升温温度为1000～1200 ℃，保温时间1～6 h，随后自然冷却至室温，得到初步产物，经处理后可得到石墨烯-氮化硼纳米片复合结构。
2.根据权利要求1所述的石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中氩气的通入速率为100～200 ml/min。
3.根据权利要求1所述的石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的初步产物的处理为：用80 ℃的去离子水洗涤产物数次，直至PH接近7，最后将得到的固体粉末置于真空干燥箱内于60 ℃干燥12 h。
4.权利要求1 ~3任意一项制备方法制备的石墨烯-氮化硼纳米片复合结构的应用。
CN201910861267.2A 2019-09-09 2019-09-09 一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法 Active CN110451498B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910861267.2A CN110451498B (zh) 2019-09-09 2019-09-09 一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910861267.2A CN110451498B (zh) 2019-09-09 2019-09-09 一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110451498A CN110451498A (zh) 2019-11-15
CN110451498B true CN110451498B (zh) 2022-09-02

Family

ID=68491717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910861267.2A Active CN110451498B (zh) 2019-09-09 2019-09-09 一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110451498B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111747386B (zh) * 2020-06-28 2021-10-12 武汉工程大学 一种形貌可控的氮化硼纳米结构-石墨烯复合材料及其制备方法
CN111944484A (zh) * 2020-08-04 2020-11-17 上海船舶工艺研究所(中国船舶工业集团公司第十一研究所) 一种立方氮化硼插层石墨烯非金属材料及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9410243B2 (en) * 2013-08-06 2016-08-09 Brookhaven Science Associates, Llc Method for forming monolayer graphene-boron nitride heterostructures
KR101662708B1 (ko) * 2015-06-10 2016-10-06 울산과학기술원 평면내 육방정계질화붕소층에 그래핀이 삽입된 복합체 제조방법
CN105274491A (zh) * 2015-11-12 2016-01-27 杭州电子科技大学 一种石墨烯-氮化硼异质相复合薄膜材料的制备方法
KR20170056388A (ko) * 2015-11-13 2017-05-23 성균관대학교산학협력단 육방정계 질화붕소 및 그래핀의 이종접합구조 제조방법 및 이를 이용한 박막 트랜지스터
WO2018230638A1 (ja) * 2017-06-16 2018-12-20 株式会社Kri カーボン修飾窒化ホウ素、その製造方法および高熱伝導性樹脂組成物
CN107481871B (zh) * 2017-09-08 2019-02-01 武汉理工大学 一种石墨烯-六方氮化硼异质结构材料的制备方法
CN108328585A (zh) * 2018-05-03 2018-07-27 河北工业大学 一种氮化硼包覆石墨烯纳米片的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
层状氮化硼纳米片的制备及表征;刘慧娟等;《工程科学学报》;20191231(第012期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110451498A (zh) 2019-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Synthesis and thermal stability of two-dimensional carbide MXene Ti3C2
CN108689398B (zh) 一种可控的氮掺杂碳纳米管的制备方法
CN109437156B (zh) 一种氮掺杂碳纳米管的制备方法
CN112758950B (zh) 一种硼烯纳米片及其制备方法
CN104925794B (zh) 一种以纳米孔石墨烯为基底生长三维氮掺杂石墨烯的方法
CN103613093B (zh) 一种用氢气还原制备石墨烯的方法
CN110451498B (zh) 一种石墨烯-氮化硼纳米片复合结构及其制备方法
CN104401977A (zh) 一种石墨烯气凝胶及石墨烯-纳米碳管气凝胶的制备方法
CN109742355A (zh) 一种硅碳复合材料制备方法
CN110002504B (zh) 一种二硫化铼纳米片的制备方法
CN109652022B (zh) 一种新型复合硅藻土相变储能材料载体的制备方法
CN103754878A (zh) 一种碳化硅颗粒表面原位自生碳纳米管的方法
CN113831131B (zh) 碳泡沫原位生长碳纳米管复合电磁屏蔽材料及其制备方法
CN111013579A (zh) 负载钯单原子或钯纳米颗粒的限域碳材料及其制备方法
Altaweel et al. Controlled growth of copper oxide nanostructures by atmospheric pressure micro-afterglow
CN107161989A (zh) 一种蜂窝状三维石墨烯的制备方法
CN104386676A (zh) 一种石墨烯的制备方法
CN104909722B (zh) 一种无氟溶胶‑凝胶法合成Tl‑2212超导薄膜的制备方法
CN110451465B (zh) 一种海胆状氮化硼纳米球-纳米管分级结构及其制备方法
CN107460021B (zh) 一种低温石墨烯基纳米硼酸盐复合材料的制备方法
CN107098394B (zh) 一种具有纳米三维多孔结构的含铁氧化物及其制备方法
US20170217840A1 (en) Method for coating metal nanoparticles on oxide ceramic powder surface
CN104495947B (zh) 一种制备纳孔氧化铁粉末的方法
CN114538424B (zh) 一种有序介孔碳修饰的石墨烯材料的制备方法
CN113683087B (zh) 一种膨胀石墨原位沉积纳米金属颗粒的表面改性方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant