六方氮化硼纳米片的制备
崔如馨，孙金煜*，李韵雨，俞津，施正安
（华东理工大学材料科学与工程学院，上海市先进聚合物材料重点实验室，上海 200237）摘要
六方氮化硼纳米片（h-BNNSs）因其优越的导热性能而倍受大众关注。六方氮化硼纳米片的大规模剥离和高质量制备方法一直是近年来研究的热点和难点，更是制约其走向应用的关键。基于此，综述了近十年来国内外先进的六方氮化硼纳米片的剥离技术和制备方法，同时分析比较不同方法的技术特点和不足，综合近年研究进展得到了六方氮化硼纳米片剥离和制备的清洁高效的方法，提出了大规模工业制备的可行性方案，对指导其工业化生产具有积极的实际意义。
引言 六方氮化硼是一类具有类石墨烯的层状结构和晶格参数的白色粉末，又称为白石墨烯。每一层由氮原子和硼原子相间排列成六角环状网络。层内B、N原子之间靠很强的sp2共价键和偶极矩力结合，非常紧密。层与层之间为范德华力，则结合较弱。六方氮化硼的结构特点导致其具有润滑性、高导热性、高耐热性、强抗氧化性、强抗腐蚀性以及稳定的化学性质等，因此可以应用于众多领域。当将微米尺度六方氮化硼（h-BN）粉末剥离到几纳米至几十纳米厚度的片层，得到六方氮化硼纳米片(h-BNNSs)时，其热传导、电绝缘、光学和力学等性能会发生显著增强[1]。然而由于h-BN中相邻的B-N层间具有独特的层层相互作用生长作用，这就使制备单层或者少层的h-BNNSs变得比较困难。目前主要采用机械法、液相法、化学法、CVD法等对六方氮化硼进行纳米尺度的剥离且取得了一定的成果。其中液相法具有操作简单、成本低等优点，CVD法往往能获得较高质量的晶体，但存在着能耗高且时间久等不足。 结论 本文综述了h-BNNSs的制备与h-BN的剥离方法，详细介绍了各种液相超声剥离法和各种不同的CVD法的研究前沿和应用方法，并简单列举六方氮化硼在导热、催化等领域应用。目前少层或单层的h-BNNSs的获得仍极具挑战性。工业化生产也是当下亟需要解决的重要问题。深入了解氮化硼二维纳米材料剥离机理[79]与进一步改进氮化硼二维纳米材料制备技术[50]是目前主要研究的两个方向。剥离法与合成法结合、化学剥离法和液相剥离法结合,利用不同的制备方法得到不同功能的h-BNNSs。发掘并提高h-BN的应用性进一步扩展h-BNNSs在不同领域的应用[58]也是未来研究的重点之一[80-85]。 目录 1 六方氮化硼纳米片的制备和剥离 1.1 液相剥离法 1.1.1 直接液相超声法 在氯仿中以HBPE为稳定剂剥离六方氮化硼的原理 Mechanism for theexfoliation of BNNSs from bulk h-BN in chloroform under sonication with theHBPE as stabilizer 1.1.2 超临界二氧化碳辅助剥离法 1.1.3 冻融剥离法 1.2 化学剥离法 双极电化学法剥离六方氮化硼示意图 Schematic representation ofbipolar electrochemical exfoliation of h-BN 1.3 机械剥离法 1.3.1 等离子体刻蚀法 1.3.2 球磨法 1.3.3 流体剥离法 涡旋离心装置及剥离过程原理图 Schematic of the vortexfluidic device and carton of the exfoliation process 1.4 化学气相沉积法（CVD）及其它新技术 电化学鼓泡法剥离六方氮化硼过程示意图 Schematic diagrams of electrochemical bubbling-based method used totransfer the h-BN layer 在熔融铜上生长h-BN过程示意图 Schematic illustration of the growth process of h-BN on molten copper 利用仿生法制备六方氮化硼纳米片示意图 Schematic illustration of the process for biomass-inspired synthesis ofBNNSs 2 总结与展望
