發(fā)布時(shí)間：2020-12-30 02:12

　　近年來,黑磷引起了人們的廣泛關(guān)注。研究表明,黑磷具有蜂窩狀的褶皺片層結(jié)構(gòu),其熱力學(xué)穩(wěn)定,在光電子、催化、儲(chǔ)能、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域都展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。作為一種新型的二維材料,黑磷可剝離成納米片層。類似于二維石墨烯,黑磷烯得益于其二維形貌特征、固有的高強(qiáng)度和突出的熱性能,有潛力作為增強(qiáng)高分子材料力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和阻燃性能的納米添加劑。添加較低含量的二維納米填料能夠顯著提升聚合物材料的力學(xué)和熱學(xué)性能,相比于黑磷的同素異形體傳統(tǒng)的阻燃劑紅磷,二維黑磷可能由于其特殊的幾何特性,表現(xiàn)出更高的阻燃效率。在研究過程中,需要解決幾個(gè)最根本的問題,如何宏量制備二維黑磷滿足制備復(fù)合材料的需求并提高其與聚合物材料基體之間的相容性及其分散性,同時(shí)保證黑磷烯自身的空氣穩(wěn)定性,是獲得高性能二維黑磷/聚合物納米復(fù)合材料的關(guān)鍵所在。因此,開發(fā)適用于制備二維黑磷/聚合物納米復(fù)合材料的方法以及系統(tǒng)地研究其聚合物復(fù)合材料的力學(xué)、熱學(xué)和阻燃等性能顯得至關(guān)重要。本論文中,在考慮黑磷烯自身空氣穩(wěn)定性的前提下,首先從簡易制備聚合物基納米復(fù)合材料的角度出發(fā),通過幾種不同的途徑制備二維黑磷及其表面功能化材料。通過改良的氣相轉(zhuǎn)移法制備高... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：160 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１黑磷的結(jié)構(gòu)：（ａ和ｂ）鋸齒狀和扶手椅方向的側(cè)視圖，（ｃ）俯視圖，和（ｄ）局部原??子結(jié)構(gòu)放大Ｐ－Ｐ鍵構(gòu)型［２］

（４）化學(xué)氣相轉(zhuǎn)移法??化學(xué)氣相轉(zhuǎn)移法是制備ＢＰ晶體的重要方法。２００７年，Ｎｉｌｇｅｓ及其同事在低??溫合成ＢＰ晶體方面取得了重大進(jìn)展。該方法基于ＢＰ晶體的氣相傳輸生長，采??用紅磷作為反應(yīng)物，以Ｓｎｌ４和Ａｕ－Ｓｎ合金作為礦化劑［９］。實(shí)驗(yàn)操作如下：首先，??按照一定質(zhì)量比例將紅磷與礦化劑混合，然后將混合物密封在真空石英管中，通??過一系列升溫和冷卻程序得到ＢＰ晶體，但這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生諸如Ａｕ３ＳｎＰ７、ＡＵＳｎ??和Ａｕ２Ｐ３等副產(chǎn)品［１０］，同時(shí)使用了價(jià)格較高的貴金屬Ａｕ，故此方法不適于工業(yè)??生產(chǎn)。２０１４年，Ｎｉｌｇｅｓ課題組在上述方法基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)措施，僅使用Ｓｎ和??Ｓｎｌ４，退火溫度從６００?°Ｃ升高至６５０?°Ｃ，通過石英安瓿中的高溫處理將紅磷轉(zhuǎn)化??為ＢＰ［Ｕ］。這種方法大大降低了制備成本，使其成為制備ＢＰ晶體的常用方法。??與其他方法相比，使用Ｓｎ／Ｓｎｌ４作為礦化劑合成ＢＰ晶體的相變方法可以大規(guī)模??提高產(chǎn)率，現(xiàn)用于研宄應(yīng)用的ＢＰ晶體成本約為５００／ｇ［１２］。然而，上述方法對(duì)??所施加的熱梯度以及制備過程中石英安瓿中使用的精確溫度高度敏感。且??Ｓｎ／Ｓｎｌ４比、安瓿體積和紅磷用量是成功合成ＢＰ的關(guān)鍵。規(guī)�；a(chǎn)ＢＰ晶體應(yīng)??仔細(xì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，因?yàn)檫^量負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致安瓿破損，而紅磷量不足只能生成紫磷。??

（４）液相剝離??液相剝離也是制備各類二維納米片的常用方法［３０，?３１］。通過超聲振蕩能將??松散材料剝離成薄納米片，并且可通過控制離心條件分離得到不同厚度的納米片。??該方法己被廣泛用于制備少層ＢＰ納米片［３２，?３３］。用于液相剝離ＢＰ的溶劑，大??致可分為有機(jī)溶劑、水和離子液體三類，不同溶劑下黑磷的剝離效率不同。Ｌｅｗｉｓ??和Ｏ’Ｂｒｉｅｎ利用Ｎ－甲基－２－吡咯烷酮（ＮＭＰ）剝離黑磷，得到了不同橫向尺寸的??少層黑磷，并進(jìn)一步研宄了不同剝離方式對(duì)納米片尺寸的影響，以控制納米片的??尺寸分布［３４］。Ｓａｌｅｈｉ－Ｋｈｏｊｉｎ等采用液相剝離技術(shù)，以二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）和??二甲基亞砜（ＤＭＳＯ）為溶劑剝離黑磷，得到高結(jié)晶度的原子級(jí)厚度的ＢＰ納米??薄片，且分散在溶液中的ＢＰ薄片能得到很好的保護(hù)，可以防止氧化［３５］。Ｌｅｅ??和同事報(bào)道了超聲輔助液相剝離大塊ＢＰ晶體，溶劑由兩種代表性的離子液體??（ＩＬｓ）?（［Ｅｍｉｍ］［Ｔｆ２Ｎ］和［Ｂｍｉｍ］［Ｔｆ２Ｎ］）組成，作為綠色分散介質(zhì)，具有較長??烷基鏈的陽離子液體剝離效率高，剝離產(chǎn)物更穩(wěn)定［３６］。Ｇｕｏ和他的團(tuán)隊(duì)采用氫??氧化鈉堿性離子插層的方法，如圖１．４，顯著改善ＢＰ在ＮＭＰ溶液中的剝離效率??［３７］。??


本文編號(hào)：2946773