苏州纳米所赵志刚研究员课题组和上海大学张登松教授针对这一问题展开了细致而深入的研究,并在过渡金属硫属化合物(WS2, MoS2, WSe2, MoSe2)纳米晶研究中取得突破进展。新方法通过电化学和液相剥离相结合的手段,以Al3+作为电化学插入型离子,以乙醇/油酸的分散液作为液相剥离的溶剂,在放电条件下通过Al3+大的带电量,高的冲击性能破坏层状材料,进一步在液相中利用油酸与Al3+的良好的结合性能脱出Al3+再次破坏片层,进而获得了尺寸均一,平均粒径仅有3 nm的单层纳米晶材料,所得WS2纳米晶材料可以检测出较低浓度的三硝基苯酚(TNP),检测极限可以达到10-6 M,相关研究成果发表在Chemical Communication(DOI:10.1039/C6CC06325J)上。
基于上述研究成果,苏州纳米所赵志刚研究员课题组和张珽研究员、苏州大学耿凤霞教授合作将这种剥离手段应用在六方氮化硼 (h-BN)和立方氮化硼(c-BN)上,最终也成功制备出了两种材料的纳米晶,并且发现两种氮化硼在压电性能上有明显的差异。相比于对应的块体材料,经过剥离后的纳米晶材料的压电性能均获得明显的提高,其中立方氮化硼纳米晶的压电系数达到了25.7 pC/N,而立方氮化硼块体的压电系数仅仅是4.3 pC/N,纳米晶材料比块体材料的压电性能提高了六倍,即使均是氮化硼纳米晶,立方结构也比六方的压电性能更加优越,这主要是由于立方氮化硼的晶体结构对外力的响应更加明显,这项研究对于推动超硬材料立方氮化硼的发展和应用提供了一种新的思路。这一科研成果最终发表在Nano Letters(DOI:10.1021/acs.nanolett.6b04272)上。

该系列工作得到国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金的大力支持。

(a)纳米晶制备技术路线图 (b)纳米晶制备原理图 (c)硫化钨纳米晶检测三硝基苯酚原理图 (d)立方氮化硼纳米晶压电输出及压电产生原理图