氮化硼纳米片按需制备，用于功能纳米复合材料

正文

六方氮化硼纳米片（BNNS）具有优异的导热和介电性能，基于BNNS的纳米复合材料在能量存储和转换、电介质和电绝缘以及热管理等领域表现出很好的应用前景，近些年引起了人们极大的兴趣。然而，实现大规模、高效且尺寸可控地制备BNNS仍存在困难，这是实现BNNS大规模应用的一大阻碍。

上海交通大学黄兴溢课题组报道了一种高效、大规模和尺寸可控的BNNS制备方法。该方法首先对h-BN进行高压均质化预处理使其层状结构发生膨胀，然后通过短时超声处理使膨胀的h-BN完全剥离成BNNS。该方法具有高生产效率、高产率、产物尺寸可控、对原材料适应性广等优势。作者团队的研究进一步说明了BNNS的应用与其尺寸有关，较大尺寸BNNS对于增强复合材料的导热和绝缘性能方面具有优势，而较小尺寸BNNS在增强辐射制冷方面的优势更为突出。

详细来讲，h-BN的剥离主要包括三个步骤：（1）用高压均质预处理原始h-BN，以扩大紧密的层状结构之间的间距，从而产生膨胀的BN；（2）进行短时间的超声处理以完成剥离；（3）通过过滤收集BNNS。

【图1】

通过调整均质处理的压力和时间，可以实现BNNS的可控制备。其中，通过使用75 MPa均质压力处理15个循环，获得了平均侧向尺寸达4.68 μm的BNNS。同时，该方法表现出最高的生产率和生产效率，突出了其高效、可控地生产BNNS的优势。

【图2】

作者通过透射电子显微镜、原子力显微镜、红外光谱等手段表征了制备的BNNS。结果说明大尺寸和小尺寸的BNNS的平均厚度分别为8.84和4.91 nm，同时证明制备过程未产生额外的官能团，也未影响BNNS的晶体结构。

【图3】

BNNS已被广泛用作聚合物纳米复合材料中的增强体。然而，关于BNNS的尺寸在聚合物纳米复合材料性能中的作用的研究非常有限。基于制备方法的优势，作者探究了尺寸效应在介电聚合物纳米复合纸和辐射冷却纳米复合薄膜中的作用。结果表明，较大的BNNS在纳米片之间表现出较少的界面，导致复合材料热导率显著高于小尺寸BNNS；而较小尺寸的BNNS能更有效地散射太阳光，制成的薄膜阳光反射率高于大尺寸BNNS制成的薄膜。这些结果说明了BNNS尺寸在功能纳米复合材料中的决定性作用。而由于可控制备方法的优势，这项工作为多功能BNNS纳米复合材料的开发开辟了新的可能性。使用 该方法定制 BNNS 横向尺寸的能力使研究人员能够优化各种应用领域的纳米复合材料性能，包括电绝缘、热管理和辐射制冷等。

【图4】

【图5】