高结晶的六方氮化硼纳米片及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料，具体涉及一种高结晶的六方氮化硼纳米片及其制备方法。

背景技术：

1、六方氮化硼是一种由第三主族硼原子和第五主族氮原子交替排列成六角蜂窝状结构的类石墨材料。层内原子间以较强共价键键合，层间则以较弱的范德华力连接。六方氮化硼带隙高达6.0ev，是一种宽禁带半导体，外观呈白色，因此有“白色石墨”之称。由于六方氮化硼具有优异的热稳定性、导热性、电绝缘性、润滑性，且耐辐射、耐化学腐蚀性、抗氧化、高透波等，因此可用作高温陶瓷、电子封装材料、固体润滑剂、导热绝缘填料等，在宇航、国防、核工业等重要领域都有很高的应用价值。

2、常规的片状六方氮化硼的平均横向尺寸往往处于微米尺度范畴(几微米至几十微米)，厚度往往处于纳米尺度范畴(介于几纳米至几十纳米)。传统地，在制备片状六方氮化硼时，会尽量保持六方氮化硼的较大的平均横向尺寸，并旨在减薄六方氮化硼来制备“纳米片”。这往往需要以常规氮化硼粉体为原料，通过超声剥离、球磨等机械方法克服氮化硼层间范德华力的作用，实现减薄的目的。与传统思路不同的是，本发明旨在制备平均横向尺寸小于1微米的六方氮化硼纳米片。然而，要实现将六方氮化硼平均横向尺寸控制在1微米以下，采用传统的研磨、球磨等机械方法不仅难以实现真正意义上的氮化硼纳米片的制备，而且破碎过程也不可避免地导致产品的结晶性等质量指标劣化。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明旨在提供一种可以解决或至少减轻上述问题的高结晶的六方氮化硼纳米片及其制备方法。

2、一方面，本发明提供一种高结晶的六方氮化硼纳米片的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1：提供硼源、氮源和模板剂，其中所述硼源和所述氮源不同时为硼酸和2-甲基咪唑，且所述模板剂占所述硼源、所述氮源和所述模板剂的整体的摩尔百分数在10％到90％之间；

4、步骤2：将所述硼源、所述氮源和所述模板剂充分混合，获得前驱体粉末；

5、步骤3：将所述前驱体粉末置于氨气氛围中进行高温反应，获得填充有所述模板剂的六方氮化硼纳米片；以及

6、步骤4：将所述填充有模板剂的六方氮化硼纳米片加入到溶剂中以除去所述模板剂，并经洗涤、过滤和干燥而获得所述六方氮化硼纳米片。

7、在步骤3的反应体系中，硼源和氮源优先沿着模板剂表面生长。硼源和氮源的种类不同，模板剂含量不同，得到的六方氮化硼形状也不同。本发明人惊奇地发现，只要硼源和氮源不同时采用硼酸和2-甲基咪唑，且模板剂的量满足一定条件，则硼源和氮源生成的六方氮化硼将不能覆盖所有模板剂表面形成连续的微球结构或者颗粒，而是形成六方氮化硼纳米片。因此，在本发明的制备方法中，硼源和氮源的选择多，即，本发明的制备方法普适性强。此外，由于硼酸和2-甲基咪唑属于硼源和氮源中成本较高的原料，而本发明的硼源和氮源不同时采用硼酸和2-甲基咪唑，因此，六方氮化硼纳米片的制备成本得到更有效的降低，有助于促进六方氮化硼纳米片的大批量工业生产。进一步地，与传统的机械破碎的方法相比，本发明人采用熔盐法制备平均横向尺寸较小(1微米以下)的六方氮化硼纳米片，制备工艺和设备简单，后处理和纯化方便，不仅具有很高的工业应用价值，而且由于采用一定量的模板剂，使得制得的六方氮化硼纳米片结晶度高，纯度高(不低于95％)，在高强度陶瓷烧结成型、电气绝缘填料、立方相氮化硼合成原料等方面拥有独特的优势。

8、另一方面，本发明提供一种高结晶的六方氮化硼纳米片，所述六方氮化硼纳米片通过前述的制备方法制得。如前所述，本发明制得的平均横向尺寸较小的六方氮化硼纳米片，不仅具有很高的工业应用价值，而且结晶度高，纯度高(不低于95％)，在高强度陶瓷烧结成型、电气绝缘填料、立方相氮化硼合成原料等方面拥有独特的优势。

技术特征：

1.一种高结晶的六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高结晶的六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述硼源选自硼砂、硼酸、脱水硼砂、氧化硼、硼酸盐、卤化硼以及硼酸酯中的一种或多种，其中当所述硼源为硼酸时，所述氮源不为2-甲基咪唑。

3.根据权利要求1所述的高结晶的六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述氮源选自尿素、2-甲基咪唑、碳酸胍、六亚甲基四胺、二氰胺、三聚氰胺中的一种或多种，其中当所述氮源为2-甲基咪唑时，所述硼源不为硼酸。

4.根据权利要求1所述的高结晶的六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述模板剂选自nacl、kcl、licl中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的高结晶的六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述硼源与所述氮源的b/n摩尔比范围在4:1至1:2的范围内。

6.根据权利要求1所述的高结晶的六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述高温反应的温度在800℃至1600℃的范围内，所述高温反应的时间不低于0.1h。

7.根据权利要求1所述的高结晶的六方氮化硼纳米片的制备方法，其特征在于，所述硼源、氮源和模板剂的混合方法选自溶剂溶解-喷雾干燥、球磨、机械研磨中的一种或多种。

8.一种高结晶的六方氮化硼纳米片，其特征在于，所述六方氮化硼纳米片通过根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的高结晶的六方氮化硼纳米片，其特征在于，所述六方氮化硼纳米片的平均横向尺寸在50nm至500nm的范围内。

10.根据权利要求8所述的高结晶的六方氮化硼纳米片，其特征在于，所述六方氮化硼纳米片经xrd粉末衍射法在理学miniflex铜靶、扫速10deg/min、默认狭缝系统设置条件下，测得(002)衍射峰半峰宽(fwhm)不高于0.7度，衍射强度不低于160000。

11.根据权利要求8所述的高结晶的六方氮化硼纳米片，其特征在于，所述六方氮化硼纳米片在特定波长光激发下，在330-520nm波长范围呈现特征荧光峰。

技术总结本发明涉及一种高结晶的六方氮化硼纳米片及其制备方法，所述制备方法包括：提供硼源、氮源和模板剂，其中所述硼源和所述氮源不同时为硼酸和2‑甲基咪唑，且所述模板剂占所述硼源、所述氮源和所述模板剂的整体的摩尔百分数在10％到90％之间；将所述硼源、所述氮源和所述模板剂充分混合，获得前驱体粉末；将所述前驱体粉末置于氨气氛围中进行高温反应，获得填充有所述模板剂的六方氮化硼纳米片；以及将所述填充有模板剂的六方氮化硼纳米片加入溶剂中以除去所述模板剂，并经洗涤、过滤和干燥而获得所述六方氮化硼纳米片。本发明的六方氮化硼纳米片结晶度高，且制备成本低。技术研发人员：罗银燕,代长贵,翁群红受保护的技术使用者：长沙硼远科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10