功能化六方氮化硼超薄纳米片及其气敏性能研究
发布时间：2021-03-24 21:25
随着工农业的迅速发展,各行各业所释放的有毒有害气体越来越多,使得空气中的气体种类和数量不断增加,这些有毒有害气体会给人体和环境带来不可逆的严重伤害。而随着科技的不断发展和人们生活水平的不断提高,人们对于有毒有害分子的检测和环境污染问题已经上升到了一个新的认知高度。近年来,以石墨烯为主的二维材料由于具有高比表面积和高表面活性而在气敏传感器领域备受关注,但由于灵敏度低,响应恢复慢、无法应用于复杂环境等缺点,使得它们的实际应用仍处于起步阶段。素来有“白石墨烯”之称的六方氮化硼纳米片（BNNSs）作为最具代表性的二维纳米材料之一,由于其优异的性能被广泛应用于催化剂载体、发光材料、电子封装和润滑剂等领域。另外,作为宽禁带半导体材料,BNNSs还具备一些包括石墨烯在内的其他二维材料所不具备的优异性能,如更好的高温稳定性、更高的抗氧化性和更强的耐腐蚀性,这为BNNSs成为一种适用于恶劣环境的气敏材料提供了可能。然而BNNSs的化学惰性导致其气体吸附水平不佳,阻碍了其作为气敏材料的应用。近年来,为了更好的拓展BNNSs的应用范围,对于BNNSs的修饰、掺杂和复合也逐渐成为研究热点。其中,功能化修饰（包...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六方氮化硼的结构及参数
第一章绪论3图1.2石墨烯（左）与六方氮化硼纳米片（右）的结构相似性BNNSs优异的物理化学性质主要有：（1）高耐热性，BNNSs在氮气气氛中，只要温度不超过3000℃都可以保持稳定，即使将其置于热压惰性气体的环境中，最高使用温度也可达2800℃。（2）高导热性，经计算得到BNNS热导率为300~2000Wm-1K-1，同时由于BNNSs具有优异的绝缘性，较低的热膨胀系数和良好的化学稳定性，一方面能够显著提高聚合物基体的导热性，还能够维持复合材料的电绝缘性，所以是用于制备填充型高导热材料以及绝缘复合材料的首眩（3）良好的高温稳定性，一般条件下抗氧化温度为900℃左右，真空下可达2000℃。（4）极强的耐腐蚀性[5-9]，BNNSs与一般的金属、熔盐和无机酸碱都不反应，并且与氧化试剂相接触也不会发生反应，在很多极其恶劣的环境中仍能保持化学性质的稳定。（5）高机械强度，经计算得到的单层BNNS的平面硬度为267Nm-1，仅次于石墨烯的硬度335Nm-1[10]，厚度大于100nm的BNNSs弹性模量约为18GPa，厚度为28nm的BNNSs杨氏模量则超过0.5TPa[11]。因此将BNNSs用作纳米填料可以显著的增强聚合物的机械性能。（6）独特的电学性质，虽然BNNSs与石墨烯结构相似，但BNNSs的带隙约为5.9eV，是一类宽带隙绝缘体[12]，同时也是一类闸极介电层，介电常数在3~4范围内，在SiO2薄膜中的击穿电压Eb为0.8V/nm[13]，BNNSs的击穿电压随着片层厚度的减少而提高，5层BNNSs的Eb为1.5V/nm[14]，可用于制作二维量子器
第一章绪论5验步骤繁琐，不利于大规模应用。球磨法因其简单易操作，对环境要求低的特点成为目前运用得较多且较成熟的机械剥离方法，主要是将h-BN放入密封的球磨罐中，并通入惰性保护气体，制备的BNNSs层数可以通过调节球磨时间的长短来调控。1.2.3六方氮化硼纳米片的功能化随着纳米复合材料的飞速发展，已经有大量研究表明，对单一材料通过物理或者化学上的巧妙功能化，不仅可以改善其性能，甚至会使材料出现很多全新的性能和应用。为了进一步发掘BNNSs的应用潜能，研究者们不断尝试通过路易斯酸-碱相互作用、π-π相互作用、自由基共价功能化、表面原子掺杂等共价键和非共价键的方法对BNNSs进行改性。目前对于共价功能化方法研究的较多，这主要是由于BNNSs被广泛用做聚合物填料，但其自身疏水疏油的特性使其很难均一地分散到聚合物基质当中，而共价功能化方法则可以在提升BNNSs性能的同时显著地增强BNNSs与其他聚合物基质之间的相容性，使其更具应用价值。（1）路易斯酸碱相互作用2005年，Xie等人[17]通过利用氨基（-NH2）封端的聚乙二醇（PEG）中的-NH2与BNNTs表面的B原子间的路易斯酸碱相互作用，成功的制备了功能化BNNTs，并且功能化BNNTs能够稳定的分散在溶液中，其功能化的机理如图1.3所示。图1.3氮化硼纳米管与低聚氨基封端的聚乙二烯相互作用的机理图
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米氧化锌的乳液合成、结构表征与气敏性能[J]. 徐甲强,潘庆谊,孙雨安,李占才. 无机化学学报. 1998(03)
[2]低功耗C2H5OH气敏元件[J]. 陆凡,王小平,陈诵英,彭少逸. 传感器技术. 1997(04)
本文编号：3098421
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六方氮化硼的结构及参数
第一章绪论3图1.2石墨烯（左）与六方氮化硼纳米片（右）的结构相似性BNNSs优异的物理化学性质主要有：（1）高耐热性，BNNSs在氮气气氛中，只要温度不超过3000℃都可以保持稳定，即使将其置于热压惰性气体的环境中，最高使用温度也可达2800℃。（2）高导热性，经计算得到BNNS热导率为300~2000Wm-1K-1，同时由于BNNSs具有优异的绝缘性，较低的热膨胀系数和良好的化学稳定性，一方面能够显著提高聚合物基体的导热性，还能够维持复合材料的电绝缘性，所以是用于制备填充型高导热材料以及绝缘复合材料的首眩（3）良好的高温稳定性，一般条件下抗氧化温度为900℃左右，真空下可达2000℃。（4）极强的耐腐蚀性[5-9]，BNNSs与一般的金属、熔盐和无机酸碱都不反应，并且与氧化试剂相接触也不会发生反应，在很多极其恶劣的环境中仍能保持化学性质的稳定。（5）高机械强度，经计算得到的单层BNNS的平面硬度为267Nm-1，仅次于石墨烯的硬度335Nm-1[10]，厚度大于100nm的BNNSs弹性模量约为18GPa，厚度为28nm的BNNSs杨氏模量则超过0.5TPa[11]。因此将BNNSs用作纳米填料可以显著的增强聚合物的机械性能。（6）独特的电学性质，虽然BNNSs与石墨烯结构相似，但BNNSs的带隙约为5.9eV，是一类宽带隙绝缘体[12]，同时也是一类闸极介电层，介电常数在3~4范围内，在SiO2薄膜中的击穿电压Eb为0.8V/nm[13]，BNNSs的击穿电压随着片层厚度的减少而提高，5层BNNSs的Eb为1.5V/nm[14]，可用于制作二维量子器
第一章绪论5验步骤繁琐，不利于大规模应用。球磨法因其简单易操作，对环境要求低的特点成为目前运用得较多且较成熟的机械剥离方法，主要是将h-BN放入密封的球磨罐中，并通入惰性保护气体，制备的BNNSs层数可以通过调节球磨时间的长短来调控。1.2.3六方氮化硼纳米片的功能化随着纳米复合材料的飞速发展，已经有大量研究表明，对单一材料通过物理或者化学上的巧妙功能化，不仅可以改善其性能，甚至会使材料出现很多全新的性能和应用。为了进一步发掘BNNSs的应用潜能，研究者们不断尝试通过路易斯酸-碱相互作用、π-π相互作用、自由基共价功能化、表面原子掺杂等共价键和非共价键的方法对BNNSs进行改性。目前对于共价功能化方法研究的较多，这主要是由于BNNSs被广泛用做聚合物填料，但其自身疏水疏油的特性使其很难均一地分散到聚合物基质当中，而共价功能化方法则可以在提升BNNSs性能的同时显著地增强BNNSs与其他聚合物基质之间的相容性，使其更具应用价值。（1）路易斯酸碱相互作用2005年，Xie等人[17]通过利用氨基（-NH2）封端的聚乙二醇（PEG）中的-NH2与BNNTs表面的B原子间的路易斯酸碱相互作用，成功的制备了功能化BNNTs，并且功能化BNNTs能够稳定的分散在溶液中，其功能化的机理如图1.3所示。图1.3氮化硼纳米管与低聚氨基封端的聚乙二烯相互作用的机理图
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米氧化锌的乳液合成、结构表征与气敏性能[J]. 徐甲强,潘庆谊,孙雨安,李占才. 无机化学学报. 1998(03)
[2]低功耗C2H5OH气敏元件[J]. 陆凡,王小平,陈诵英,彭少逸. 传感器技术. 1997(04)
本文编号：3098421
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