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蘇州納米所等在無機非金屬納米晶材料剝離研究中取得進展

2016-12-21 09:20:21 作者：本網整理來源：新浪網分享至：

無機非金屬納米晶材料與其塊體材料相比，在光學、電學方面都會產生很多有趣的現象，將塊體材料剝離成小于5 nm以下的較薄的納米晶材料，進而發掘它更多新的性能，一直是納米晶制備的前沿方向。通過諸如二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、異丙醇（IPA）等溶劑降低納米材料表面能的液相剝離和利用密閉電池體系中放電插入堿金屬離子諸如Li+、K+等的電化學剝離一直是納米晶制備的熱點，但是超聲時間過長、功耗較大且需電池組裝等繁瑣的手段一直制約著納米晶材料的制備，因此找到一種更加簡便、快速且能在開放體系下進行的剝離手段合成無機納米晶成為了科學家亟待解決的問題。

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員趙志剛課題組和上海大學教授張登松針對這一問題展開了細致而深入的研究，并在過渡金屬硫屬化合物（WS2, MoS2, WSe2, MoSe2）納米晶研究中取得突破進展。新方法通過電化學和液相剝離相結合的手段，以Al3+作為電化學插入型離子，以乙醇/油酸的分散液作為液相剝離的溶劑，在放電條件下通過Al3+大的帶電量、高的沖擊性能破壞層狀材料，進一步在液相中利用油酸與Al3+的良好的結合性能脫出Al3+再次破壞片層，進而獲得了尺寸均一、平均粒徑僅有3 nm的單層納米晶材料，所得WS2納米晶材料可以檢測出較低濃度的三硝基苯酚（TNP），檢測極限可以達到10-6 M,相關研究成果發表在《化學通訊》（Chemical Communication,DOI: 10.1039/C6CC06325J）上。

基于上述研究成果，蘇州納米所趙志剛課題組和研究員張珽、蘇州大學教授耿鳳霞合作將這種剝離手段應用在六方氮化硼（h-BN）和立方氮化硼（c-BN）上，最終也成功制備出了兩種材料的納米晶，并且發現兩種氮化硼在壓電性能上有明顯的差異。相比于對應的塊體材料，經過剝離后的納米晶材料的壓電性能均獲得明顯的提高，其中立方氮化硼納米晶的壓電系數達到了25.7 pC/N,而立方氮化硼塊體的壓電系數僅僅是4.3 pC/N,納米晶材料比塊體材料的壓電性能提高了六倍，即使均是氮化硼納米晶，立方結構也比六方的壓電性能更加優越，這主要是由于立方氮化硼的晶體結構對外力的響應更加明顯，這項研究為推動超硬材料立方氮化硼的發展和應用提供了一種新的思路。這一科研成果最終發表在《納米快報》（Nano Letters,DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04272）上。

該系列工作得到國家自然科學基金、江蘇省杰出青年基金的大力支持。