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Herstellung von Bornitrid-Nanoplatten mit hoher Kristallinität durch ultraschallunterstütztes hydrothermales Abisolieren

Feb 24, 2021

In den letzten Jahren haben die einzigartigen Eigenschaften und breiten Anwendungen von Graphen-Monolayern das Interesse vieler Forscher an der Erforschung zweidimensionaler Materialien geweckt. In einer Vielzahl von zweidimensionalen Materialiensechseckige Bornitrid (h-BN)Nanoblätter haben eine ähnliche Struktur wie Graphen und weisen eine gute chemische Stabilität, ausgezeichnete mechanische und thermische Eigenschaften auf. Obwohl die Struktur von sechseckigen Bornitrid-Nanoblättern (BNNS) der von Graphen ähnelt, ist die ionische Bindungsinteraktion zwischen h-BN-Schichten (d. h. Lippenwechselwirkung) stark, wodurch die Synthesemethode von Graphen (wie Hummer-Methode) nicht direkt zur Herstellung von BNNS verwendet werden kann. Nach jahrelangen Bemühungen wurden mehrere verbesserte Methoden zur Herstellung von BNNS s berichtet, darunter mechanisches Kugelfräsen, flüssigkeitsatobeolierende und chemische Dampfabscheidung. Mechanisches Kugelfräsen mit Scherkraft zum Schleifen von BN-Pulver verursacht jedoch große Schäden an der Lamellen und eine geringere Kristallinität. BNNS mit guter Dispersion können mit einer spezifischen Lösung als Kugelfräsmedium gewonnen werden, aber auch eine bestimmte Menge an Verunreinigungen kann eingeführt werden. Die traditionelle Hochleistungs-Ultraschall-unterstützte Flüssigkeitsschälmethode verursacht Schäden an den Nanoblättern und kann keine BNNS s mit großer Quergröße und wenigen Schichten erhalten, was seine vielen Anwendungen einschränkt. Eine weitere häufig verwendete Flüssigabisoliermethode ist die hydrothermale Methode, bei der in der Regel geschmolzenes Hydroxid verwendet wird, das schwer von den abgestreiften BNNS sausen kann, was zu umständlichen Verfahren und Restunreinheiten führt. Daher ist es sehr wichtig, eine kostengünstige und effiziente Synthesemethode zu finden, um BNNS mit hoher Kristallinität und großer Transversalgröße zu erhalten.

In diesem Papier wurde eine low-power ultraschallunterstützte hydrothermale Methode zur Herstellung von BNNSmit mit hoher Kristallinität und großer Transversalgröße vorgeschlagen. Mit Hilfe des durch den hydrothermalen Prozess erzeugten Drucks kann die Lösung in die h-BN-Schicht eingetaucht werden; mit Hilfe von Ultraschallenergie kollabieren die mikrongroßen Blasen oder die in die Schicht eingetauchte Flüssigkeit unter der Druckstörung, wodurch sich die Masse h-BN in BNNSabschälen abblättert. Da die Oberflächenspannung von tert Butylalkohol der von BNNS ähnelt und die Lösung flüchtig ist, werden Verunreinigungen in BNNS vermieden. Daher wurde 60% tert Butylalkohol wässrige Lösung verwendet, um h-BN zu entfernen. Die Ergebnisse zeigen, dass einschichtiges oder wenige Schicht-Bornitrid ohne Defekte mit dieser Methode erhalten werden kann, und die primäre Ausbeute beträgt 1,68 Gew.- und -% des ursprünglichen h-BN-Pulvers. Die Ausbeute kann durch die Erholung des Niederschlags auf 3 Gew.-% erhöht werden.

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Abb. 1 Schematische Darstellung von BNNSs, erstellt durch Ultraschall unterstütztes hydrothermales Abisolieren

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Abb. 2 SEM von a) original h-BN Pulver und (b) zentrifugiertem Niederschlag nach Ultraschall-gestützter hydrothermaler Behandlung

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Abb. 3 TEM und saed von bnns durch Ultraschall unterstützte hydrothermale Behandlung

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TEM und saed von BNNSs, die durch Ultraschallbehandlung (a, b) und hydrothermal (C, d) hergestellt werden