【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二维材料应用领域，涉及一种纳米级黑磷烯片及其剥离制备方法与应用。
技术介绍
1、黑磷作为磷的主要同素异形体，因其易脱落、可调谐带隙和高电流开/关比而在电子和光电领域受到极大关注。在聚合物复合材料的应用中，黑磷具有最稳定的结构，在环境条件下具有最低的化学反应能。因此，黑磷是不易燃的，可以与大多数溶剂很好地共存，而不会显着降低其性能。与红磷相比，黑磷独特的特殊二维层状结构带来的高比表面积使其在阻燃工艺中具有突出的物理阻隔效果，从而在低添加量下可大大降低可燃性。此外，由于黑磷比表面积高，与红磷相比，黑磷可以很容易地进行表面改性，并且近年来它被大量应用于提高聚合物的防火安全性；虽然黑磷应用广泛，但是如何制备得到纳米级黑磷烯片，放大其比表面积高的优势，成为了行业研究热点。
2、目前，较为成熟的纳米级黑磷烯片的制备包括：机械剥离、球磨剥离、放电剥离、超声波剥离等，它们在用于纳米级黑磷烯片的制备时，存在以下问题需要解决：难以生产出均匀稳定的纳米级黑磷烯片，难以防止黑磷在处理过程中的氧化破坏，生产时间过长，在现有成本和设备要求水平下难以大范围应用。因此，发展一种简单而且可靠性高的纳米级黑磷烯片的制备技术十分必要。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种纳米级黑磷烯片及其剥离制备方法与应用，该方法提高了纳米级黑磷烯片的产率，缩短了工艺流程时间。纳米级黑磷烯片的制备是使用微米级黑磷与添加剂共混后，利用球磨法或剪切法或放电法，把微米级黑磷在添加剂中分
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、本专利技术的一种纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，借助多种可供选择的添加剂，通过球磨或剪切或放电的方法实现上述目的，具体包括以下步骤：
4、s1：微米级黑磷的分散和剥离
5、采用剥离方法，将微米级黑磷在添加剂和/或溶剂中分散和剥离，得到纳米级黑磷初产物；
6、剥离方法选用球磨法、剪切法或放电法中的一种；
7、剥离方法为球磨法或剪切法时，选用的液态添加剂或(固态添加剂+溶剂)；剥离方法为放电法时，选用溶剂；
8、所述的s1中，所述的液态添加剂选用ed2003、triton x-100或n-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种；固态添加剂为鞣酸或维生素c中的一种或几种；所述的溶剂为无水乙醇、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种。
9、所述的s1中，剥离方法为球磨法或剪切法时，球磨或剪切开始前，还可以对混合物料进行研磨。
10、所述的s1中，所述的剥离方法选用以下方法中的一种：
11、第一种方法：将微米级黑磷和液态添加剂混合，移入行星球磨机球磨或移入破壁机剪切，得到纳米级黑磷初产物；
12、第二种方法：将微米级黑磷与液态添加剂混合研磨后，移入行星球磨机球磨或移入破壁机剪切，得到纳米级黑磷初产物；
13、第三种方法：将微米级黑磷和固态添加剂混合，加入溶剂稀释，移入行星球磨机球磨或移入破壁机剪切，得到纳米级黑磷初产物；
14、第四种方法：将微米级黑磷与固态添加剂混合研磨后，加入溶剂稀释，再移入行星球磨机球磨或移入破壁机剪切，得到纳米级黑磷初产物；
15、第五种方法：将微米级黑磷与溶剂混合，放入正负电极放电处理，得到纳米级黑磷初产物；
16、所述的研磨，研磨时间为1～2h。
17、所述的球磨，球磨时间为3～10h，球磨过程选择钢罐，球选择氧化锆球、不锈钢球中一种，球磨速度400～1000rpm，球磨程序选择球磨20min、暂停10min。
18、所述的剪切，剪切时间为1～6h，剪切过程选择高速破壁机，剪切速度20000～30000rpm，剪切程序选择剪切20min、暂停10min。
19、所述的放电，放电时间为1～5h，放电过程选择正负电极，对阳极施加电压为+5～+10v，电流保持在0.4～1a。
20、所述的s1中，按固液比，微米级黑磷：液态添加剂＝100mg：(1～5)ml。按质量比，微米级黑磷：固态添加剂＝1：(0.2～1)，按质量比，微米级黑磷：溶剂＝1：(5～20)。
21、s2：稀释
22、将得到的纳米级黑磷初产物加入溶剂稀释，得到稀释产物；其中，体积比，纳米级黑磷初产物：溶剂＝1：(10～40)；
23、s3：低温超声
24、将稀释产物密封，移入超声机中，超声处理时间为2～5h，得到超声处理后的产物；
25、所述的s3中，超声处理的作用是促进黑磷的层间分离，提高产率；
26、所述的s3中，超声振动频率优选为45-55khz，超声处理控制超声过程的温度不超过20℃。
27、s4：固液分离
28、将超声处理后的产物，固液分离，去除添加剂和/或溶剂，得到纳米级黑磷烯片。
29、所述的s4中，所述的固液分离为使用高速离心机离心分离或使用抽滤机抽滤分离，去除添加剂和/或溶剂，得到纳米级黑磷烯片，固液分离处理时间为20～40min。
30、所述的s4中，高速离心机离心分离选择的高速离心机，其离心速度5000～20000rpm。。
31、本专利技术的一种纳米级黑磷烯片，采用上述剥离制备方法制得，其形貌规律径向尺寸50～1000nm，厚度1～30nm，晶体结构完整规整度高，表面无明显缺陷。
32、本专利技术的一种纳米级黑磷烯片的应用，用于纳米电子学器件、纳米光子学器件或表面改性后作为聚合物的防火填料。
33、该方法主要通过球磨法或剪切法或放电法实现纳米级黑磷的剥离；剥离方法需要的材料包括微米级黑磷，添加剂和/或溶剂，微米级黑磷通过添加剂和/或溶剂实现纳米级剥离，添加剂通过溶剂去除；
34、添加剂和/或溶剂，和原料微米级黑磷一同进行处理，用于球磨或剪切或放电过程中，使微米级黑磷倾向于层间分离而不是随意破碎；溶剂，用于溶解球磨或剪切结束后剩余的添加剂，从而实现纳米级黑磷烯片的收集，或者溶剂用于在放电过程中作为导电介质。
35、本专利技术的一种纳米级黑磷烯片及其剥离制备方法与应用，其有益效果在于：
36、1、本专利技术一种纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其制备过程简便，具有较短的工艺时长。可以大大缩短纳米级黑磷烯片的生产时长。
37、2、本专利技术一种纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其能更好的保护剥离出的黑磷烯纳米片，防止其氧化分解，在贴合工厂生产的操作条件下最大程度保护剥离出的纳米级黑磷烯片的结构完整性。
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1.一种纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，该纳米级黑磷烯片的剥离制备方法主要为采用剥离方法，将微米级黑磷在添加剂和/或溶剂中分散和剥离，在结合低温超声的方法制得纳米级黑磷烯片；
2.根据权利要求1所述的纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，
3.一种纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，所述的液态添加剂选用ED2003、Triton X-100或N-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种，固态添加剂选用鞣酸和/或维生素C；所述的溶剂选用无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，所述的S1中，按固液比，微米级黑磷：液态添加剂＝100mg：(1～5)ml；按质量比，微米级黑磷：固态添加剂＝1：(0.2～1)，按质量比，微米级黑磷：溶剂＝1：(5～20)。
6.根据权利要求3所述的纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，所述的球磨，球磨时间为3～10h
7.根据权利要求3所述的纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，所述的S2中，所述的溶剂选用无水乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种；和/或，所述的S3中，超声振动频率为45-55kHz。
8.根据权利要求3所述的一种纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，所述的S4中，固液分离选用高速离心机离心分离或抽滤机抽滤分离；固液分离时间为20～40min；
9.一种纳米级黑磷烯片，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的剥离制备方法制得，纳米级黑磷烯片的形貌规律径向尺寸50～1000nm，厚度1～30nm，晶体结构完整规整度高，表面无明显缺陷。
10.权利要求9所述的纳米级黑磷烯片的应用，用于纳米电子学器件、纳米光子学器件或表面改性后作为聚合物的防火填料。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，该纳米级黑磷烯片的剥离制备方法主要为采用剥离方法，将微米级黑磷在添加剂和/或溶剂中分散和剥离，在结合低温超声的方法制得纳米级黑磷烯片；
2.根据权利要求1所述的纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，
3.一种纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，所述的液态添加剂选用ed2003、triton x-100或n-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或几种，固态添加剂选用鞣酸和/或维生素c；所述的溶剂选用无水乙醇、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或几种。
5.根据权利要求3所述的纳米级黑磷烯片的剥离制备方法，其特征在于，所述的s1中，按固液比，微米级黑磷：液态添加剂＝100mg：(1～5)ml；按质量比，微米级黑磷：固态添加剂＝1：(0.2～1)，按质量比，微米级黑磷：溶剂＝1：(5～20)。
6.根据权利要求3所述的纳米级黑...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩森森，刘昕雨，孟庆实，刘建邦，王朔，宫雪，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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