氮化硼納米片是如何被「剝」出來的?

由於石墨烯的崛起，層狀二維（2D）納米材料的優異性能逐漸受到重視。二維納米材料層數的減少能夠賦予它更獨特的結構和性能，比如說氮化硼，單層的h-BN能擁有近6倍於h-BN粉末的導熱係數。由於「導熱」本身就是氮化硼最擅長的特技之一，因此為了進一步拓展它的應用範圍，如何大量、快速地製備超薄氮化硼納米片成為了材料界的熱點話題。

氮化硼納米片

目前製備二維材料納米片的方法大致可分為兩類：「自下而上」法和「自上而下」法。前者包括化學氣相沉積法和外延生長法等，它們都可以製備高質量的二維納米材料，但同時對二維材料的生長環境要求極高（高溫高壓）並且所得到的納米片尺寸受基板尺寸限制，另外從基板上進行轉移時也會對納米片的質量和性能帶來嚴重損失。因此「自上而下」法，也就是剝離法，也成為了氮化硼納米片的主力合成方法之一。

一、「剝」是怎樣的一個過程？

「自上而下」法包括微機械剝離法和液相剝離法等。具體如下：

1.機械剝離法

機械剝離法是最早成功製備單層二維材料的方法，同時它也是最早的用於石墨烯剝離的方法。Pacile等人首先製備出單層的BN納米片，他們把層狀的氮化硼粘在SiO2襯底上，然後逐漸剝離至幾個原子層厚度的碎片。該方法不如剝離石墨烯效果好，因為硼氮鍵有離子鍵特性，使得天然氮化硼層間的範德華力要比石墨大些。

球磨法剝離六方氮化硼

傳統球磨法在製備氮化硼納米片領域很有前景，Li等人報導了一種溫和的溼球磨法，這種方法製備的納米片結晶度好，厚度僅有幾個原子層，尺寸略有減小。此外他們還發現用苯甲酸苄酯作為潤滑劑要比水、乙醇和十二烷效果好。

2.液相剝離法

作為「自上而下」法中的重要分支，液相剝離法近年來得到了深入的研究，它是指以液體為媒介，將二維材料原料直接剝離成二維材料納米片的一類方法。該方法的剝離過程不需要進行化學性的氧化還原反應等過程。

目前液相剝離主要具有以下幾種方式，具體如下：

A離子夾層：在液相環境中，離子進入塊狀材料層間，降低層間範德華力作用，然後再加以超聲、加熱或剪切力等作用，使其分層剝離開來。

B離子交換：有些層狀化合物層間含有例子用以平衡表面電荷層，在溶液環境中，這些例子可被其他離子替換，然後分層剝離。

C超聲輔助剝離：層狀晶體在溶劑中超聲，結果被玻璃產生納米片層的結構。具備適當表面能的良溶劑能夠使剝落的納米片抵抗聚集穩定存在，不良溶劑則相反。

液相剝離層狀材料示意圖

Zhi等人先把商業購入的h-BN粉末放入二甲基甲醯胺中，經過10h超聲分散後，再通過離心方法去除大體積氮化硼後，留下的氮化硼納米片直徑約幾個微米，厚度僅有三個原子層。與機械剝離法相比，液相剝離法更具備大規模製備的可能性。

二、被「剝離」的氮化硼納米片有何優勢？

氮化硼納米片最大的優勢在於它在沿面內方向具有更大的導熱率，還具有超高的徑厚比和電絕緣性，而目前關於它的應用研究中，主要集中於填充改性高分子材料上。

氮化硼納米片複合材料導熱機理

由於氮化硼納米片可在低填充率下提高聚合物基複合材料的導熱率，並且可以改善複合材料的熱性能、力學性能及磁性能等，因此它對於導熱聚合物基複合材料的發展來說，必將具有重要意義。

資料來源：

六方氮化硼納米片的剝離及其複合材料性能研究，陳浩。

多孔氮化硼納米片的製備及其在氣體吸附領域中的應用，謝飛。

液相剝離法六方氮化硼納米片的製備及在複合材料中應用的研究現狀，武向南，翟樂，王農躍，瞿雄偉。

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