二维层状材料的制备及研究进展
二维材料的合成与性能研究

二维材料的合成与性能研究随着科技的发展,二维材料作为一种新兴的材料领域受到了广泛的关注。
二维材料是指仅有一层原子厚度的材料,具有独特的物理化学性质和优异的电子、光学等性能。
本文将就二维材料的合成方法以及其性能研究进行探讨。
一、二维材料的合成方法目前,二维材料的合成主要有机械剥离法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、溶剂剥离法、氧化法、聚合物间的剥离法等多种方法。
1. 机械剥离法机械剥离法是通过机械手段将多维材料中的原子层剥离,在实验室中最有代表性的二维材料就是石墨烯的剥离。
机械剥离法具有简单、易控制等优点,但是其剥离获得的二维材料尺寸比较小,难以扩大到应用层面。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是将气相中的原子或分子有选择地沉积到基底上,形成期望的二维材料。
这种方法对于大规模合成二维材料来说效果好,但是对于结构复杂的二维材料,沉积工艺较为复杂。
3. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是通过将溶胶稳定化后得到凝胶,在高温下进一步热处理获得二维材料。
这种方法简便易行,而且可以获得大面积、高质量的二维材料。
4. 溶剂剥离法溶剂剥离法是先通过选择性吸附或离子交换使二维材料与基底结构分离,然后通过溶剂剥离获得纯净的二维材料。
溶剂剥离法可以获得大面积且质量较高的二维材料,但也存在一定的局限性,如需要选择适当的溶剂和剥离条件。
5. 氧化法氧化法是通过化学反应在二维材料表面形成氧化物,并通过还原处理得到二维材料。
氧化法简单易行,但处理过程中产生的氧化物可能对二维材料的性能产生一定影响。
6. 聚合物间的剥离法聚合物间的剥离法是通过将二维材料与聚合物结合,在适当条件下通过剥离得到二维材料。
这种方法简单易行,对于结构比较复杂的二维材料具有很好的应用前景。
二、二维材料的性能研究二维材料具有独特的结构和性质,因此对其性能的研究对于材料在应用中的发展具有重要意义。
1. 电子性能二维材料具有优异的电子运输性能和可调控的能带结构,常用的电学性质测量方法有霍尔效应测量、场效应晶体管、输运测量等。
二维层状氮化硼纳米材料的制备与应用研究进展

二维层状氮化硼纳米材料的制备与应用研究进展摘要:氮化硼二维纳米材料作为类石墨烯二维纳米材料的一种,在某些方面具有与石墨烯互补的性质,如较宽的带隙,更优良的化学稳定性、热稳定性,独特的紫外发光性能等,是制备电子器件绝缘膜、高温功率器件、紫外发光元件等元器件的理想材料。
氮化硼-石墨烯二维复合纳米材料极大提高了石墨烯的电导率和导热性,在超微型计算机,微电子机器人等方面具有广阔应用。
但由于其特殊的分子间作用力,氮化硼二维纳米材料的制备还存在许多问题。
近年来,氮化硼二维纳米材料制备技术的研究成为材料科学界的研究热点之一。
关键词:二维层状氮化硼纳米材料;制备应用;人们日常生活的物质基础是材料,纳米材料是众多材料中的一种,纳米材料可归分为两种,纳米超微粒子材料和纳米固体材料,得益于科学技术的飞速进步,纳米材料也有了很大的发展,当某些化学物质被制备成纳米级别的材料时,那么它就同时具有了本体和纳米材料的双重特性。
鉴于层状纳米材料具备较好的吸附能力,二维层状氮化硼纳米材料在催化和吸附方面的应用被人们广泛研究,因此,制备单层或多层氮化硼纳米材料显得尤为重要。
一、氮化硼纳米材料的制备氮化硼纳米材料的合成一般包含: “自下而上”和“自上而下”两种方法,自下而上法就是通过一种化学手段制备产物的方式,自上而下法就是剥离法,结合二维层状氮化硼纳米材料自身的特性和优点,对于合成方法的选择上,通常选用以下几种方法:1.机械剥离法。
将纳米银颗粒的溶液加入到二维层状氮化硼薄膜的分散液中,超声加热2h可以得到均匀负载纳米银颗粒的二维层状氮化硼薄膜溶液。
此时超声加热的时间也很重要,超声时间过长,则会破坏薄膜,时间过短的话,银颗粒则无法均匀负载。
在反应后,通过离心、清洗、干燥可以得到负载纳米银颗粒二维层状氮化硼薄膜,一种稳定的固体粉末。
然后将它与标准导热胶离心混合得到胶体。
将氮化硼与尿素放置于球磨机中研磨,取出后置于有机溶剂中,超声处理氮化硼使大切片变为小切片,分散液经过离心后处理得到二维纳米片,将纳米片放入数显恒温水浴锅,去除尿素得到氮化硼纳米材料。
二维材料的制备与性能研究

二维材料的制备与性能研究随着纳米科技的发展,二维材料成为当前热门的研究领域。
二维材料具有独特的结构、表面和物理特性,从而使其在多个领域具有巨大的应用潜力。
为了实现这种潜力,研究人员们不断努力进行二维材料的制备与性能研究。
一、二维材料的制备方法制备二维材料的方法多种多样,包括机械剥离法、化学气相沉积法、物理气相沉积法等。
其中,机械剥离法是最早被开发出来的方法之一。
它通过将层状材料与粘性底板相结合,利用剥离力将层状材料分离成单层结构。
化学气相沉积法则是通过将气相前体分子引入反应系统,在合适的条件下使其发生化学反应,从而生成单层或多层的材料。
物理气相沉积法则是通过将粉末或块状材料加热到足够高的温度,使其在气氛中蒸发或气化,然后在衬底表面上形成薄膜。
这些制备方法各有优势和适用范围,研究人员可以根据实际需求选择最合适的方法。
二、二维材料的性能研究在获得二维材料后,研究人员们会对其进行一系列的性能研究。
首先是结构表征,通过使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等仪器,观察材料的形貌和结构。
其次是物理性质分析,包括电学、光学、磁学等性质。
例如,通过拉曼光谱分析可以研究材料的晶格振动特性,通过透射光谱可以研究材料的能带结构和能量级对。
此外,还可以应用第一性原理计算方法进行模拟和计算,以探索材料的性质。
这些计算方法可以提供关于材料的能带结构、电子密度分布、光学性质等信息,有助于深入理解材料的本质。
此外,还可以利用扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)等表征手段,对材料的表面形貌和电子结构进行研究。
三、二维材料的应用前景由于其独特的结构和性质,二维材料在多个领域具有广泛的应用前景。
例如,在纳米电子学领域,二维材料可以作为高性能晶体管的替代材料,用于制备更小、更快的电子器件。
在光电子学领域,它们可以应用于光电探测器、激光器和光传感器等设备中。
此外,二维材料还具有良好的机械性能和化学稳定性,在能源储存和转换领域也有着广泛的应用,例如锂离子电池、太阳能电池等。
二维材料的制备与性能研究

二维材料的制备与性能研究引言:二维材料作为一种近年来兴起的材料研究领域,具有独特的结构与性能。
其特点主要体现在材料的单层或几层原子厚度上,使得其具备了一系列优异的电学、光学、力学以及热学性能。
为了深入了解二维材料的制备技术和性能研究,本文将从制备方法、性能表征以及应用前景三个方面进行探讨。
一、制备方法1. 机械剥离法:机械剥离法是最早用于制备二维材料的方法之一。
通过在原料表面施加剥离作用,可将材料剥离成单层或几层二维结构。
这种方法具有简单、经济的优点,适用于某些层状结构材料的制备。
2. 化学气相沉积法:化学气相沉积法是一种通过气相反应,在基底上沉积薄膜来制备二维材料的方法。
该方法以其高效性、可扩展性受到广泛关注。
例如,通过化学气相沉积法可以制备石墨烯等二维材料。
3. 液相剥离法:液相剥离法是指将材料浸泡在溶液中,通过溶液与材料间的相互作用力,将材料剥离成单层或几层。
这种方法可以在常规有机和无机溶剂中进行,具有制备二维材料的优点。
二、性能表征1. 电学性能:二维材料的电学性能是其研究的重要方面之一。
通过电子输运和器件测试等手段,可以研究材料的载流子迁移率、电子结构以及能带结构等。
这些性能对于二维材料在电子器件方面的应用具有重要的指导意义。
2. 光学性能:二维材料在光学方面的性能研究也备受关注。
通过光吸收和荧光谱等表征手段,可以研究材料的能带结构、光学吸收特性以及光电转换等。
这些研究对于二维材料在光电领域的应用具有重要作用。
3. 力学性能:二维材料的力学性能研究主要涉及其弯曲、拉伸等性能。
通过纳米压痕、纳米拉伸等测试手段,可以研究材料的机械强度、韧性以及其它力学性能。
这些性能研究为二维材料在柔性电子、传感器等领域的应用提供了重要的支撑。
三、应用前景1. 电子器件:由于二维材料具有优异的电学性能,因此在电子器件方面具有广阔的应用前景。
例如,石墨烯可以应用于柔性电子器件、晶体管以及透明导电膜等领域。
2. 光电器件:由于二维材料的光学性能突出,因此在光电器件领域具有潜在的应用价值。
二维层状材料的制备与性能研究

二维层状材料的制备与性能研究二维层状材料在近年来备受研究者们的关注,其独特的结构和优异的性能使其具备广泛的应用潜力。
本文将探讨二维层状材料的制备方法以及其在不同领域的性能研究。
首先,二维层状材料的制备方法多种多样。
其中最常见的方法是机械剥离法,通过剪断或剥离大块的材料,使其最终形成单层的二维材料。
例如,石墨烯就可以通过机械剥离法从石墨材料中得到。
此外,还有化学剥离法,通过控制反应条件使多层材料发生冲击或溶剂剥离,在适当的条件下,可以得到单层的二维材料。
另外,化学气相沉积、分子束外延和溶液剥离等方法也被广泛应用于二维层状材料的制备中。
然后,我们来讨论一下二维层状材料的性能研究。
首先,二维层状材料的电学性能备受关注。
石墨烯是最早被研究的二维层状材料之一,其高电导率和优异的电子迁移率使其成为电子器件领域的理想材料。
此外,石墨烯的透明性能也是其在显示器和太阳能电池等领域应用的重要因素之一。
另外,二维层状材料还可以通过掺杂或改性来调控其电学性能,进一步拓展其在电子器件中的应用。
除了电学性能,二维层状材料还具备诸多独特的性能。
例如,二维层状材料的机械性能优异,具有极高的强度和柔韧性,可以应用于柔性电子器件、传感器和纳米材料增强体等领域。
同时,由于二维材料的表面积大、界面密度高、质量轻等特点,使得其在催化剂、能源储存和传输等领域具备潜在的应用价值。
此外,二维材料还具有特殊的光学性能,如表面增强拉曼散射、非线性光学效应等,这些特性使其在光学器件和生物医学领域得到广泛研究和应用。
最后,我们来展望一下二维层状材料在未来的发展趋势。
目前,虽然已有多种二维材料被发现并研究,但在制备方面仍面临一些挑战,如缺乏大规模可控制备的方法、制备过程中的杂质控制等。
此外,对于二维层状材料的性能研究和应用也仍需进一步深入。
例如,如何进一步提高二维材料的导电性能、实现其在高性能电子器件中的应用等问题仍值得深入研究。
另外,二维材料与其他材料的异质结构也是一个研究热点,通过构建二维材料与其他材料的复合结构,可以实现二维材料的性能调控和功能的进一步扩展。
制备二维材料及其性能研究

制备二维材料及其性能研究二维材料是指至少有一维尺度小于或等于10纳米的材料。
自从2004年发现了第一个石墨烯晶体之后,二维材料领域已经成为了材料科学中的热点研究领域。
除了石墨烯外,其他的二维材料如二硫化钼、二硒化钼、二硫化钨等也备受关注。
本文将探讨如何制备二维材料以及它们的性能研究。
一、二维材料的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是最常见的制备二维材料的方法之一,石墨烯的制备便是采用这种方法。
通过对高质量晶体进行剥离,可以制备出尺寸在微米级别的二维材料。
虽然这种方法比较便捷,但是制备出的材料尺寸有限,且仅能制备单层或双层材料。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常见的制备二维材料的方法。
它通常使用金属有机气相沉积法或类似氨化合物的前体气体,在高温下使金属表面产生反应并生长出单层或多层二维材料。
这种方法的优点是可以制备大量二维材料并实现化学修饰。
3. 液相剥离法液相剥离法是一种制备二维材料的新方法,目前适用于松散层状材料,如二硫化钼和二硒化钼等。
这种方法需要将晶体置于含有相应溶剂的容器中,利用溶剂的分子间作用力逐渐分离出单层或多层二维材料。
二、二维材料的性能研究二维材料的特殊结构和尺寸导致了其一些特殊的物理和化学性质。
下面将简要介绍其中一些性能研究。
1. 电学性质二维材料的电学性质决定了它们在电子学和光电学中的应用。
石墨烯等不含禁带的二维材料被认为是最好的电子输运材料之一,而需要带隙的二维材料如二硫化钼等则可以作为半导体用于电子元器件中。
2. 光学性质二维材料具有非常特殊的光学性质。
由于其厚度只有几个原子,因此它们具有非常高的透明度和强催化作用。
例如,单层二硫化钼表现出非常显著的光催化活性,在太阳能电池和制备清洁能源方面有着广泛的应用。
3. 机械性能由于二维材料层之间的出色结合,它们通常具有很高的强度和刚度。
这种特殊的机械性质使二维材料在传感器、柔性机器人和穿戴式设备等领域有着很大的应用前景。
二维层状材料MoS2和WS2的制备及其锂离子电池电极性能研究

二维层状材料MoS2和WS2的制备及其锂离子电池电极性能研究二维层状材料MoS2和WS2的制备及其锂离子电池电极性能研究引言:随着现代社会对高能量密度和高稳定性的需求增加,锂离子电池作为一种高效、可靠的能源储存技术,受到了广泛关注。
然而,传统的锂离子电池电极材料的能量密度和循环寿命有限,为了提高锂离子电池的性能,研究人员开始探索新型二维层状材料MoS2和WS2作为电极材料的潜力。
一、二维层状材料MoS2和WS2的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是一种常用的制备二维层状材料的方法。
通过机械力来剥离MoS2和WS2的多层结构,得到单层或少层的材料。
这种方法简单易行,但是产率较低,容易受到机械力的不均匀作用而形成缺陷结构。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过在高温下使金属源和硫化物源在气相中发生反应形成MoS2和WS2的方法。
该方法可以制备大面积、高质量的二维层状材料,但是需要高温环境和较长的反应时间。
3. 水热法水热法是一种在高温高压的水环境中形成二维层状结构的方法。
通过调控反应温度和时间可以得到具有不同形态和尺寸的MoS2和WS2。
这种方法制备的材料结构较为均匀,但是受到水热条件的限制,产率相对较低。
二、二维层状材料MoS2和WS2在锂离子电池电极中的应用研究1. MoS2和WS2的电化学性能MoS2和WS2作为锂离子电池电极材料,具有较高的理论容量和电导率,且能够实现良好的循环稳定性。
研究表明,MoS2和WS2在锂离子电池中表现出优异的锂离子嵌入/脱出能力和高容量保持率。
2. 二维层状材料的改性尽管MoS2和WS2具有较好的电化学性能,但其容量和循环寿命仍然有待提高。
为了改善这一问题,研究人员对MoS2和WS2进行了一系列的改性措施,包括在材料表面引入缺陷、掺杂其他元素以及纳米结构设计等。
这些改性方法能够提高材料的电化学性能,增强锂离子电池的循环寿命和容量保持率。
3. 二维层状材料与其他电极材料的复合应用为了进一步提高锂离子电池的能量密度和循环寿命,研究人员开始探索将MoS2和WS2与其他电极材料进行复合应用。
二维材料的制备及性能研究

二维材料的制备及性能研究近年来,随着纳米科技的快速发展和突破,二维材料作为一种新兴的材料类型,备受科学界的关注。
二维材料是一类仅有一个原子层或几个原子层厚度的材料,具有独特的物理化学性质和应用潜力。
本文将就二维材料的制备方法以及性能研究展开讨论。
一、二维材料的制备方法1. 机械剥离法机械剥离法是最早出现的二维材料制备方法之一。
这种方法通过使用胶带等不粘材料将大块的材料轻轻地粘贴在上面,然后迅速剥离,以获得想要的薄层材料。
石墨烯的制备就是应用了这种方法。
机械剥离法的优点在于简单易行,但其局限性在于制备的材料较难控制厚度和质量。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种以气态前体为原料,在高温下通过化学反应沉积形成薄膜的方法。
这种方法常用于制备金属硫化物等二维材料。
化学气相沉积法的优点是可以在大面积上均匀生长,但其需要高温和创造高真空环境,操作比较复杂。
3. 液相剥离法液相剥离法是通过溶液浸泡,使多层材料分散为单层或少层材料的方法。
这种方法通常需要对溶液进行超声处理或机械剪切来进一步分散材料。
液相剥离法的优点在于制备简单,可以在较大的面积上获得高质量的二维材料。
二、二维材料的性能研究1. 电子性能由于二维材料的厚度极薄,电子在材料内部受限,形成了独特的能带结构。
这种限制导致了二维材料的电子输运行为不同于传统的三维材料。
石墨烯是最具代表性的二维材料之一,其高度可控的载流子输运性质使得其在电子学器件中具有广阔的应用前景。
2. 光学性能由于二维材料的特殊结构和尺寸效应,其光学性能表现出了非常独特的规律。
例如,石墨烯的吸收率极高,可达到2.3%,使其成为一种很有潜力的光学吸收材料。
此外,二维材料还可以通过对其制备过程和结构进行优化,实现调控其带隙和能带结构,进而在光电器件方面发挥出独特的优势。
3. 机械性能二维材料的厚度非常薄,因此其机械性能受到限制,并表现出一些特殊的性质。
例如,石墨烯的杨氏模量非常高,在细微尺度下可达1TPa,同时还具备了很高的拉伸性和弹性恢复性。
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2019年第16期广东化工第46卷总第402期·83·二维层状材料的制备及研究进展娄昊*,汪贞贞*(河南师范大学化学化工学院,河南新乡453007)Preparation and Research Progress of Two-dimensional Layered MaterialsLou Hao *,Wang Zhenzhen *(School of Chemistry and Chemical Engineering,Henan Normal University,Xinxiang 453007,China)Abstract:Since it was discoveried in 2004,graphene has attracted much attention for its unique properties (high specific surface area and hardness,strong electrical and thermal conductivity).Since then,people have been discovering materials with similar properties to graphene,known as two-dimensional layered materials.Two-dimensional layered materials can also be called nanosheets,including graphene,hexagonal boron nitride (h-BN),transition metal sulfide (MoS 2,WS 2),and transition metal oxide (MnO 2).This paper mainly introduces the research progress of two-dimensional layered materials represented by graphene,h-BN and MoS 2,and prospects the future research of two-dimensional layered materials,providing ideas for the development of two-dimensional layered materials.Keywords:two-dimensional layered material;;nanosheets ;the research progress1引言二维层状材料是近几年来材料领域的热点,从广义上来说,单层或者少层的纳米材料都可以被称为二维层状材料。
二维层状材料的前驱体具有三维结构,在同一平面内的原子以很强的共价键相连,而不同平面内,即层与层之间的作用力是范德华力。
范德华力是一种弱的相互作用力,运用一定的手段,比如超声,剪切,微波加热等方法去克服范德华力,从而可以达到剥离的效果。
剥离后的二维层状材料拥有着比前驱体更为优异的性能,具体表现在比表面积更大,导电导热性更强,载流子迁移率和透光率更高等,可以应用于化学传感器,电化学催化,生物传感器等领域。
自2004年Novoselov 等[1]发现石墨烯以来,二维层状材料就引起了世界范围的关注。
科研工作者也在尝试各种方法去实现将石墨剥离开来,剥离石墨的技术也渐渐成熟起来。
在最近几年,剥离石墨的方法开始运用于其他二维材料,比如MoS 2,h-BN 等,结果表明,这些二维材料有着和石墨一样好的剥离效果,而且因为这些二维层状材料有着和石墨烯相似但又不完全相同的结构,使得这些二维层状材料有着超越石墨烯的潜能,所以新型二维材料有着更为广阔的应用前景。
2几种常见的二维层状材料及其制备方法2.1石墨烯石墨烯是最先被发现的二维层状材料,对其的研究和制备方法都较为成熟。
石墨烯是由单层或少层碳原子组成,为蜂窝网状结构,C-C 键之间采取sp 2杂化形式,有着许多比石墨优异的性能,其高强度(1.0TPa),高透光率(80%~97%),高导热率(5KW·m -1·K -1)和高表面积(2630m 2/g)分别可应用于航天材料,透明导电膜,导热膜,全碳气凝胶等。
但与此同时,石墨烯也有着一些缺点,比如石墨烯的带隙为0,这也限制了石墨烯在半导体材料方面的应用。
因此,可以开发出新的二维层状材料去弥补石墨烯本身的不足。
可以稳定并分散石墨烯的溶剂有很多,比如有机溶剂,混合溶剂和超临界流体等。
对于有机溶剂的剥离,Hamilton 等[2]把石墨分散到邻氯甲苯(表面张力36.6mN/m)中,并通过超声离心得到的分散液浓度为0.03mg/mL 。
Economopoulos [3]等用苯甲胺作为分散剂,并进行液相超声,高速离心,得到浓度为0.5mg/mL 的分散液,增加超声时间,分散液的浓度没有明显变化,用这种方法剥离的石墨烯的边缘存在结构缺陷,但是表面较为完好,且保留着良好的电化学性能。
除了用有机溶剂可以很好地使二维材料剥离开来外,还可以使用混合溶剂和超临界流体进行剥离。
2.1.1混合溶剂剥离对于混合溶剂的剥离,二维纳米材料在液体中的分散可以用汉森溶解度参数(HSP)[4]进行预测,这是一种半经验的相关关系,用来解释二维材料的分散行为。
三个HSP 参数可以用来描述材料和溶剂的特性,分别是,,,分别代表色散力,偶极力和氢键的溶解参数,溶质在溶剂中的分散和溶解过程与溶剂和溶质的三个HSP 参数有关,用Ra 可以描述溶解能力。
R a =Ra 值越小,表示溶质在溶剂中的溶解能力越强,如果一个二维材料和分散液的HSP 参数已知,就可以用Ra 的值预测溶剂分散二维材料的好坏,起到指导的作用。
值得注意的是,HSP 理论不但适用于单一溶剂,还适用于混合溶剂。
对于混合溶剂其HSP 参数可以用下式表示:=Σ常使用的混合溶剂是二元溶剂,对于二元溶剂有:=+=+=+其中和分别代表两种溶剂的体积分数。
所以由以上方程可以预测二维材料在二元溶剂中的分散性能。
由混合溶剂的HSP 参数公式我们可以了解到,可以通过改变两种溶剂的体积分数来改变溶剂的HSP 参数,从而找到一个最佳体积比,使得溶剂和石墨烯的HSP 值相接近,这样就可以控制Ra 的值,使得石墨烯能够稳定分散到混合溶剂中。
基于以上理论,可以对混合溶剂剥离石墨的行为进行预测。
很多单一溶剂分散二维材料的能力很差,但是若将两种或多种单一溶剂混合,制成二元或多元溶剂,就可以大大提高石墨的剥离效果。
Cai 等[5]运用尖端超声,将乙醇和水混合制成混合溶剂,并通过改变乙醇和水的体积分数来改变剥离效果,结果表明,在一定的超声功率和超声时间下,乙醇和水混合溶剂的表面张力会随着两者体积分数的变化而发生改变,其中,乙醇(45vol%)-水(55vol%)时剥离效果最好。
接着改变超声功率和超声时间,优化剥离效果,结果显示,超声功率300W ,超声时间120min 分散液的浓度最高,剥离效果最好。
由此归纳出C g =aE 1/2,分散液的浓度与超声输入的能量的平方根成正比,即分散液浓度与超声功率和超声时间乘积的平方根成正比。
这为今后对石墨的剥离优化提供了思路。
Zhao [6]等将正丁醇和N-甲基吡咯烷酮混合,改变正丁醇和N-甲基[收稿日期]2019-07-14[作者简介]娄昊(1997-),男,河南永城人,本科在读。
汪贞贞(1996-),女,河南信阳人,本科在读。
两人为本论文并列第一作者。
广东化工2019年第16期·84·第46卷总第402期吡咯烷酮的体积比,并对超声时间,超声功率和石墨初始浓度进行优化,并通过正交试验得出了NMP与NBA之比为1.5∶1,初始浓度为10mg/mL,超声时间为12h,超声功率540W的条件下,剥离的石墨烯的浓度最高,高达7.2mg/mL,而且所制得的石墨烯的层数多数实在四层以下,结构缺陷较小。
2.1.2超临界流体剥离对于超临界流体的剥离,Gao等[7]在超临界CO2中开发了一种简单的超声剥离方法,当石墨浸入超临界二氧化碳时,因为其扩散系数高,分子体积小,界面张力和粘度低,CO2分子穿透并插入其中层间石墨。
随着越来越多的二氧化碳分子聚集进来石墨层之间,削弱了层间范德华力。
同时在超声波条件下,超声产生的空化作用在石墨层与层之间产生强大的冲击力,从而导致石墨的剥离。
基于此原理,改变剥离条件,去探究剥离条件对剥离效果的影响,其中包括超临界CO2压力、超声波处理时间、超声功率、初始石墨量。
结果表明,初始石墨质量0.5g,温度40℃,压力12Mpa,超声功率120W,超声时间为60分钟条件下,剥离效果最好,得到的石墨烯片层数大都小于三层。
Li等[8]开发了一种剪切辅助超临界CO2剥离(SSCE)工艺,用于生产高质量、大批量的石墨烯纳米薄片。
他们提出超临界CO2流体具有较高的扩散系数和较低的粘度,可以在石墨层间扩散。
在剪切辅助的条件下,产生的高速剪应力作用于CO2流体时,会产生高温以及极高的速度,由此可以加速剥离过程。
2.2二硫化钼(MoS2)MoS2是一种类石墨烯材料,和石墨烯结构类似,但也有不同。
其每层都包含有三层原子,包括两层硫原子和一层钼原子,钼原子和硫原子之间的键是共价键,两层MoS2之间的作用力是范德华力,层间距为6.5A∗,其剥离原理和剥离石墨类似。
与石墨不同的是,MoS2存在着带隙,因此可以作为半导体材料,这一点可以弥补石墨的不足。
而对于剥离得到的二硫化钼纳米片,也可以应用于各个领域,如传感器,纳米晶体管,储氢材料,润滑剂等。
Wu等[9]在LiOH/NaOH的混合溶液中,通过水热剪切剥离法,得到了层数约为5层的MoS2纳米片,具有良好的抗磨擦性能。
Li等[10]采用和MoS2表面能相近的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP),通过高速搅拌器的剪切的方法去剥离MoS2,系统地研究了影响MoS2纳米片浓度的因素,结果表明,操作条件的变化会影响到剥离的效果。
在纯的NMP中,剥离得到的MoS2纳米片的浓度为0.96mg/mL,但是在NMP中加入柠檬酸钠为插层剂后,其MoS2纳米片的浓度升高至1.44mg/mL,产率可达4.8%,其横向尺寸约为50~200nm,其中近65%的MoS2纳米片低于4层,约9%为单层,由此可以看出往溶剂中加入插层剂去剥离MoS2不仅可以提高产率而且可以提高纳米片的质量,且方法简单,易于操作,适用于大范围制备MoS2纳米片。
2.3六方氮化硼(h-BN)氮化硼是一种无机化合物,一个分子中含有等量的氮原子和硼原子。