一种魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料的方法及其应用

本发明涉及复合材料，具体涉及一种魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料的方法及其应用。

背景技术：

1、不断增加的功率密度和智能电子产品的小型化对电子设备的热管理提出了严峻的挑战。各种二维材料引起了研究者们的兴趣。其中，六方氮化硼具有类石墨结构，被称为白色石墨，它具有优异的导热性和稳定性，良好的电绝缘性和击穿强度，以及对气体和液体有良好的不渗透性。但是与石墨层内的c-c键相比，除了b-n之间的共价键外，还有部分带有离子键性质的lip－lip作用，这使得原本适用于石墨烯或过渡金属硫化物的剥离方法都无法有效地对六方氮化硼进行剥离，尤其是环保且适合工业化生产的少层或单层氮化硼纳米片的制备方法仍需要继续探索。

2、目前为止，主要有两种策略来获得氮化硼纳米片：自下而上和自上而下的方法。自下而上的方法中，氮化硼纳米片通常通过化学技术直接合成，该方法可制备高质量的氮化硼纳米片，但其收率低、合成条件苛刻、存在环境污染、不适合大规模生产等问题。相比较看，自上而下方法更利于氮化硼纳米片大规模生产。其中，超声液相剥离是制备氮化硼纳米片中相对容易、经济且可扩展的方法，但该方法剥离效率不高，且存在环境污染问题。因此，研究出一种绿色、高效、成本低廉、操作简单的氮化硼纳米片剥离方法很有必要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种利用魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料的方法及应用，该方法在魔芋葡甘聚糖的辅助下利用超声处理或球磨工艺实现了二维片层纳米材料的高效剥离，同时魔芋葡甘聚糖在剥离过程中实现了对二维片层纳米材料的原位表面改性；该剥离方法操作简单，成本低廉，可实现大规模批量生产，此外，利用魔芋葡甘聚糖植物胶特性，可制备二维片层纳米材料/魔芋葡甘聚糖导热高分子复合薄膜。

2、实现本发明目的的技术方案是：

3、一种魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料的方法，包括以下步骤：

4、(1)配制魔芋葡甘聚糖溶液：称取魔芋葡甘聚糖粉末，加入去离子水中制得魔芋葡甘聚糖溶液；

5、(2)剥离二维片层纳米材料：称取二维片层纳米材料，然后将二维片层纳米材料分散到步骤(1)制得的魔芋葡甘聚糖溶液中，经超声处理或球磨处理，得到二维片层纳米材料/魔芋葡甘聚糖分散液；

6、(3)将步骤(2)中的二维片层纳米材料/魔芋葡甘聚糖分散液进行离心分离，得到上层分散液和下层沉淀物，将离心后的下层沉淀物进行干燥处理，即制得剥离后的二维片层纳米材料产物。

7、所述的二维片层纳米材料为氮化硼、二硫化钼、二硫化钨和石墨片状材料的其中一种。

8、步骤(1)中，所述的葡干聚糖溶液的浓度为1-7mg/ml。

9、步骤(2)中，所述的二维片层纳米材料与魔芋葡甘聚糖的质量之比为0.05～0.5。

10、将所述的上层分散液进行真空抽滤，所得滤膜在80-95℃、0.5-2mol/l且ph值不小于10的溶液中浸泡1-6h，再经干燥处理后，制得二维片层纳米材料/魔芋葡甘聚糖导热高分子复合薄膜。

11、有益效果

12、本发明提供的一种魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料的方法，由于魔芋葡甘聚糖是一种可溶性半纤维素，具有水溶、持水增稠、稳定、悬浮、胶凝、粘接、成膜等多种独特的理化性质。魔芋葡甘聚糖分子中含有大量的羟基、羰基等亲水基团，加入魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料，利用超声波空化泡溃灭的能量或球体与葡甘聚糖施加的冲击及摩擦力，打破二维片层纳米材料层间存在的强层间相互作用，实现二维片层纳米材料的剥离，同时可在二维片层纳米材料边缘成功接枝魔芋葡甘聚糖和羟基，同时表面吸附魔芋葡甘聚糖，实现二维片层纳米材料的表面改性。此外，利用魔芋葡甘聚糖的植物胶特性，可制备二维片层纳米材料/魔芋葡甘聚糖导热高分子复合薄膜。相较于其余剥离溶剂，如n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基甲酰胺和异丙醇，魔芋葡甘聚糖具有无腐蚀性、可生物再生、价格低廉、易于回收等优点，适合于工业生产中的大规模应用。此外魔芋葡甘聚糖又是一种植物胶，但与其它天然胶如黄原胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶等相比，其粘度更高。

13、本发明的技术特点及优点：

14、1、本发明以魔芋葡甘聚糖作溶剂，利用超声波处理或球磨工艺，实现二维片层纳米材料的高效剥离。由于葡甘聚糖含有丰富的羟基，在剥离过程可实现对二维片层纳米材料的原位表面改性。

15、2、本发明所使用的原料绿色环保，具有无腐蚀性、可生物再生、价格低廉等优点。

16、3、本发明的制备方法简单，成本低廉，可大规模批量化生产。

17、4、本发明利用魔芋葡甘聚糖植物胶的特性，拓展了其在制备二维片层纳米材料/魔芋葡甘聚糖导热高分子复合薄膜的运用。

技术特征：

1.一种魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的葡干聚糖溶液的浓度为1-7mg/ml。

3.根据权利要求1所述的一种魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的二维片层纳米材料与魔芋葡甘聚糖的质量之比为0.05～0.5。

4.一种二维片层纳米材料/魔芋葡甘聚糖导热高分子复合薄膜，其特征在于，由权利要求1-3任一项所述的方法中，将所述的上层分散液进行真空抽滤，所得滤膜在80-95℃、0.5-2mol/l且ph值不小于10的溶液中浸泡1-6h，再经干燥处理后制得。

技术总结本发明公开了一种魔芋葡甘聚糖辅助剥离二维片层纳米材料的方法及其应用，该方法在魔芋葡甘聚糖的辅助下利用超声波处理或球磨工艺实现了二维片层纳米材料的高效剥离，同时魔芋葡甘聚糖在剥离过程中实现了对二维片层纳米材料的原位表面改性。该剥离方法工艺简单，成本低，可实现大规模批量生产。此外，利用魔芋葡甘聚糖的植物胶特性，可制备二维片层纳米材料/魔芋葡甘聚糖高导热高分子复合薄膜。这一方法在纳米粒子制备及热界面导热高分子复合材料领域具有广泛应用前景。技术研发人员：马传国,许思源,张爱琴,许可,陆绍宁,刘宇奇受保护的技术使用者：桂林电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10