氮化硼纳米片是如何被“剥”出来的？

由于石墨烯的崛起，层状二维（2D）纳米材料的优异性能逐渐受到重视。二维纳米材料层数的减少能够赋予它更独特的结构和性能，比如说氮化硼，单层的h-BN能拥有近6倍于h-BN粉末的导热系数。由于“导热”本身就是氮化硼最擅长的特技之一，因此为了进一步拓展它的应用范围，如何大量、快速地制备超薄氮化硼纳米片成为了材料界的热点话题。

氮化硼

目前制备二维材料纳米片的方法大致可分为两类：“自下而上”法和“自上而下”法。前者包括化学气相沉积法和外延生长法等，它们都可以制备高质量的二维纳米材料，但同时对二维材料的生长环境要求极高（高温高压）并且所得到的纳米片尺寸受基板尺寸限制，另外从基板上进行转移时也会对纳米片的质量和性能带来严重损失。因此“自上而下”法，也就是剥离法，也成为了氮化硼纳米片的主力合成方法之一。

“自上而下”法包括微机械剥离法和液相剥离法等。具体如下：

1.机械剥离法

机械剥离法是最早成功制备单层二维材料的方法，同时它也是最早的用于石墨烯剥离的方法。Pacile等人首先制备出单层的BN纳米片，他们把层状的氮化硼粘在SiO₂衬底上，然后逐渐剥离至几个原子层厚度的碎片。该方法不如剥离石墨烯效果好，因为硼氮键有离子键特性，使得天然氮化硼层间的范德华力要比石墨大些。

球磨法剥离六方氮化硼

传统球磨法在制备氮化硼纳米片领域很有前景，Li等人报道了一种温和的湿球磨法，这种方法制备的纳米片结晶度好，厚度仅有几个原子层，尺寸略有减小。此外他们还发现用苯甲酸苄酯作为润滑剂要比水、乙醇和十二烷效果好。

2.液相剥离法

作为“自上而下”法中的重要分支，液相剥离法近年来得到了深入的研究，它是指以液体为媒介，将二维材料原料直接剥离成二维材料纳米片的一类方法。该方法的剥离过程不需要进行化学性的氧化还原反应等过程。

目前液相剥离主要具有以下几种方式，具体如下：

A离子夹层：在液相环境中，离子进入块状材料层间，降低层间范德华力作用，然后再加以超声、加热或剪切力等作用，使其分层剥离开来。

B离子交换：有些层状化合物层间含有例子用以平衡表面电荷层，在溶液环境中，这些例子可被其他离子替换，然后分层剥离。

C超声辅助剥离：层状晶体在溶剂中超声，结果被玻璃产生纳米片层的结构。具备适当表面能的良溶剂能够使剥落的纳米片抵抗聚集稳定存在，不良溶剂则相反。

液相剥离层状材料示意图

把商业购入的h-BN粉末放入二甲基甲酰胺中，经过10h超声分散后，再通过离心方法去除大体积氮化硼后，留下的氮化硼纳米片直径约几个微米，厚度仅有三个原子层。与机械剥离法相比，液相剥离法更具备大规模制备的可能性。

氮化硼纳米片复合材料导热机理

由于氮化硼纳米片可在低填充率下提高聚合物基复合材料的导热率，并且可以改善复合材料的热性能、力学性能及磁性能等，因此它对于导热聚合物基复合材料的发展来说，必将具有重要意义。