论文部分内容阅读
二维材料,因其所具备的独特结构与性质,在能源、催化、环境等领域具有潜在的应用前景。六方氮化硼纳米片（h-BNNs）具有与石墨烯类似的特殊层状结构,并具有独特的高电绝缘性、高导热、高电击穿强度和低介电损耗等性能。我们首次采用三乙醇胺作为二维材料液相剥离的溶剂进行h-BNNs的制备,提出了无超声液相简单连续剥离制备大尺寸六方氮化硼纳米片及其分散液的新思路。2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基（TEMPO）氧化纤维素纳米纤维（TOCN）是可再生、可生物降解的天然高分子纳米纤维,其形成的膜结构致密、透明柔软、力学强度高,是理想的基底材料。因而,将TOCN与h-BNNs复合制备出一维/二维有机-无机纳米复合层状材料,并利用CaCl2盐溶液浸泡法使复合体系中TOCN交联,研究了复合材料介电性能、热性能、光学性能等性能。本文的研究内容与结论如下:（1）将六方氮化硼粉末置于三乙醇胺中进行搅拌,实现其在单一溶剂中的剥离制备。三乙醇胺能对六方氮化硼产生有效地吸附作用,并能够以其内部氢键联结形成的三维空间结构维持分散液的稳定性,因此,其在该剥离过程中同时担任剥离剂和稳定剂的作用。该方法所制备的六方氮化硼纳米片层数少,其分散液能够保持9个月以上的长期稳定而不发生沉降。（2）通过洗涤六方氮化硼纳米片的三乙醇胺分散液分离出六方氮化硼纳米片,并将其与TOCN通过液相法复合制备h-BNNs/TOCN复合薄膜。在六方氮化硼纳米片添加量为12 vol.%时,h-BNNs/TOCN复合薄膜的击穿强度明显提高至211 kV/mm,介电损耗有一定程度降低,但其介电常数和介电损耗的频率稳定性较差,介电性能和热稳定性有待改善。（3）将h-BNNs/TOCN薄膜CaCl2溶液中浸泡,Ca2+取代TOCN中的羧酸根形成交联结构,交联后的h-BNNs/CLTOCN层间空隙减少,致密性明显提高。h-BNNs/CLTOCN的介电常数和介电损耗的频率稳定性优于h-BNNs/TOCN,介电损耗较低。填充量仅2 vol.%的h-BNNs/CLTOCN的介电常数为8.7,介电损耗仅为0.02,交联后的12 vol.%h-BNNs/CLTOCN的介电常数虽减少至6.7,但其介电损耗降低至0.01,这些性能使其在介电储能材料方面极具应用潜力。此外,12 vol.%h-BNNs/CLTOCN的击穿强度为301kV/mm,较h-BNNs/TOCN有约20%左右的提高,为纯TOCN的6倍。h-BNNs/CLTOCN的热稳定性明显提高,其最大分解速率温度比h-BNNs/TOCN高9598℃。