氮化硼納米片按需制備，用于功能納米復合材料

正文

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

上海交通大學黃興溢課題組報道了一種高效、大規(guī)模和尺寸可控的BNNS制備方法。該方法首先對h-BN進行高壓均質化預處理使其層狀結構發(fā)生膨脹，然后通過短時超聲處理使膨脹的h-BN完全剝離成BNNS。該方法具有高生產效率、高產率、產物尺寸可控、對原材料適應性廣等優(yōu)勢。作者團隊的研究進一步說明了BNNS的應用與其尺寸有關，較大尺寸BNNS對于增強復合材料的導熱和絕緣性能方面具有優(yōu)勢，而較小尺寸BNNS在增強輻射制冷方面的優(yōu)勢更為突出。

詳細來講，h-BN的剝離主要包括三個步驟：（1）用高壓均質預處理原始h-BN，以擴大緊密的層狀結構之間的間距，從而產生膨脹的BN；（2）進行短時間的超聲處理以完成剝離；（3）通過過濾收集BNNS。

【圖1】

通過調整均質處理的壓力和時間，可以實現(xiàn)BNNS的可控制備。其中，通過使用75 MPa均質壓力處理15個循環(huán)，獲得了平均側向尺寸達4.68 μm的BNNS。同時，該方法表現(xiàn)出最高的生產率和生產效率，突出了其高效、可控地生產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，同時證明制備過程未產生額外的官能團，也未影響BNNS的晶體結構。

【圖3】

BNNS已被廣泛用作聚合物納米復合材料中的增強體。然而，關于BNNS的尺寸在聚合物納米復合材料性能中的作用的研究非常有限?；谥苽浞椒ǖ膬?yōu)勢，作者探究了尺寸效應在介電聚合物納米復合紙和輻射冷卻納米復合薄膜中的作用。結果表明，較大的BNNS在納米片之間表現(xiàn)出較少的界面，導致復合材料熱導率顯著高于小尺寸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。這些結果說明了BNNS尺寸在功能納米復合材料中的決定性作用。而由于可控制備方法的優(yōu)勢，這項工作為多功能BNNS納米復合材料的開發(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)化各種應用領域的納米復合材料性能，包括電絕緣、熱管理和輻射制冷等。

【圖4】

【圖5】