氮化硼納米片按需制備，用于功能納米復(fù)合材料

正文

六方氮化硼納米片（BNNS）具有優(yōu)異的導(dǎo)熱和介電性能，基于BNNS的納米復(fù)合材料在能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換、電介質(zhì)和電絕緣以及熱管理等領(lǐng)域表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景，近些年引起了人們極大的興趣。然而，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高效且尺寸可控地制備BNNS仍存在困難，這是實(shí)現(xiàn)BNNS大規(guī)模應(yīng)用的一大阻礙。

上海交通大學(xué)黃興溢課題組報(bào)道了一種高效、大規(guī)模和尺寸可控的BNNS制備方法。該方法首先對h-BN進(jìn)行高壓均質(zhì)化預(yù)處理使其層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹，然后通過短時(shí)超聲處理使膨脹的h-BN完全剝離成BNNS。該方法具有高生產(chǎn)效率、高產(chǎn)率、產(chǎn)物尺寸可控、對原材料適應(yīng)性廣等優(yōu)勢。作者團(tuán)隊(duì)的研究進(jìn)一步說明了BNNS的應(yīng)用與其尺寸有關(guān)，較大尺寸BNNS對于增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)熱和絕緣性能方面具有優(yōu)勢，而較小尺寸BNNS在增強(qiáng)輻射制冷方面的優(yōu)勢更為突出。

詳細(xì)來講，h-BN的剝離主要包括三個(gè)步驟：（1）用高壓均質(zhì)預(yù)處理原始h-BN，以擴(kuò)大緊密的層狀結(jié)構(gòu)之間的間距，從而產(chǎn)生膨脹的BN；（2）進(jìn)行短時(shí)間的超聲處理以完成剝離；（3）通過過濾收集BNNS。

【圖1】

通過調(diào)整均質(zhì)處理的壓力和時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)BNNS的可控制備。其中，通過使用75 MPa均質(zhì)壓力處理15個(gè)循環(huán)，獲得了平均側(cè)向尺寸達(dá)4.68 μm的BNNS。同時(shí)，該方法表現(xiàn)出最高的生產(chǎn)率和生產(chǎn)效率，突出了其高效、可控地生產(chǎn)BNNS的優(yōu)勢。

【圖2】

作者通過透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、紅外光譜等手段表征了制備的BNNS。結(jié)果說明大尺寸和小尺寸的BNNS的平均厚度分別為8.84和4.91 nm，同時(shí)證明制備過程未產(chǎn)生額外的官能團(tuán)，也未影響BNNS的晶體結(jié)構(gòu)。

【圖3】

BNNS已被廣泛用作聚合物納米復(fù)合材料中的增強(qiáng)體。然而，關(guān)于BNNS的尺寸在聚合物納米復(fù)合材料性能中的作用的研究非常有限。基于制備方法的優(yōu)勢，作者探究了尺寸效應(yīng)在介電聚合物納米復(fù)合紙和輻射冷卻納米復(fù)合薄膜中的作用。結(jié)果表明，較大的BNNS在納米片之間表現(xiàn)出較少的界面，導(dǎo)致復(fù)合材料熱導(dǎo)率顯著高于小尺寸BNNS；而較小尺寸的BNNS能更有效地散射太陽光，制成的薄膜陽光反射率高于大尺寸BNNS制成的薄膜。這些結(jié)果說明了BNNS尺寸在功能納米復(fù)合材料中的決定性作用。而由于可控制備方法的優(yōu)勢，這項(xiàng)工作為多功能BNNS納米復(fù)合材料的開發(fā)開辟了新的可能性。使用 該方法定制 BNNS 橫向尺寸的能力使研究人員能夠優(yōu)化各種應(yīng)用領(lǐng)域的納米復(fù)合材料性能，包括電絕緣、熱管理和輻射制冷等。

【圖4】

【圖5】