[发明专利]一种镍包覆六方氮化硼纳米片复合粉体的制备方法

说明书

本发明涉及一种镍包覆六方氮化硼纳米片复合粉体的制备方法。该方法包括BNNS粉体的分散、敏化、活化、化学镀及后处理，制得镍包覆六方氮化硼纳米片复合粉体。其中，所述化学镀过程分两个阶段进行，在85‑90℃下的高温阶段和在50‑60℃下的低温阶段。分两次加入化学镀所需用量的水合肼。本发明制备的BNNS@Ni复合粉体中的Ni粒子大小一致，均匀地包覆在BNNS表面，与BNNS的结合力较强。本发明的制备方法操作简便，成本低；并且不需要高温加热或在危险气体中煅烧，无放射性物质，操作安全性高。

技术领域

本发明涉及一种镍包覆六方氮化硼纳米片复合粉体的制备方法，属于无机纳米材料技术领域。

背景技术

自从2004年石墨烯被发现以来，二维层状无机材料的研究迅速兴起并取得了日新月异的进展。鉴于二维材料具有相应的三维块体材料无法比拟的优异性能，其在越来越多的领域得到了日益广泛的应用。六方氮化硼纳米片是类石墨烯的二维材料，即单层或少层的六方氮化硼。六方氮化硼纳米片由于在厚度方向的小尺寸效应，其力学性能显著优于传统的六方氮化硼，并且具有良好的高温抗氧化性和高化学稳定性，可望成为制备具有更高力学性能的金属基和陶瓷基固体自润滑复合材料的新型固体润滑剂。

制备金属基和陶瓷基固体自润滑复合材料的传统方法是把固体润滑剂粉体直接添加到基体材料粉体中进行混合后烧结。但是，直接添加六方氮化硼纳米片会对所制备的固体自润滑复合材料的性能造成很大负面影响：(1)对于金属基固体自润滑复合材料，一方面，由于六方氮化硼纳米片与金属基体的润湿性差，两者的界面结合强度低。另一方面，由于六方氮化硼纳米片的密度比金属基体小得多，在混料的过程中不可避免地出现偏析。这两方面会损害复合材料的力学性能和摩擦磨损性能。(2)对于陶瓷基固体自润滑复合材料，由于六方氮化硼是一种共价键化合物，在高温下的固相扩散系数低(参见硅酸盐学报，1998，26(2)：265-269)，因此直接添加六方氮化硼纳米片容易造成其与陶瓷基体的结合强度较低、难以烧结致密，进而导致复合材料的力学性能和摩擦磨损性能降低。为此，需要对六方氮化硼纳米片进行包覆。

目前，金属包覆二维材料复合粉体的制备方法主要有以下几种：(1)自组装法：中国专利文件CN103265950A公开了一种采用自组装法将金纳米簇负载到氮化硼纳米片上的方法。该方法的不足之处在于金纳米簇与氮化硼纳米片的接触主要为物理吸附，两者的结合力较低。(2)辐射还原法：CN107413370A提供了一种采用γ射线辐照含有金属离子的六方氮化硼分散液制备负载金属纳米粒子的六方氮化硼纳米片的方法。该方法存在的问题是采用了放射性的γ射线，对操作者的健康有安全隐患。(3)液相化学还原法：CN103203462A公开了一种用水合肼还原硝酸银制备氮化硼纳米片-银纳米颗粒复合材料的方法。该方法的缺点是由于氮化硼纳米片不具备催化活性，还原生成的银粒子不能自发沉积在其表面，导致附着在氮化硼纳米片上的银粒子较少，并且大小不均匀。(4)固相化学还原法：先在氧化石墨烯表面异相成核生长Ni(OH)₂粒子，然后在500℃和流动氩气中煅烧2h。参见Journalof Power Sources，2012，209:1-6。该方法的不足之处是需要高温加热，所用稀有气体价格较高，并且以石墨烯为碳源将NiO还原成Ni粒子，会对石墨烯表面结构造成影响。(5)原位化学气相沉积法：先以Ni(NO₃)₂·6H₂O为镍源、以葡萄糖为碳源、以NaCl为模板经冷冻干燥制成复合粉体，然后在700℃和氢气中煅烧2h。参见Materials Science and Engineering A，2017，699:185-193。该方法的弊端是工艺较繁琐，并且需要在氢气中高温煅烧，存在一定的操作危险性。