大尺寸的超薄二维材料具有许多独特的物理和化学特性，使其不同于其他类型的纳米材料。在没有层间相互作用的情况下，超薄二维纳米材料在二维上的电子限制使电子性能变得非常引人注目，这使其成为吸引人们进行基础凝聚物研究和电子设备应用的候选材料。近日，山东大学晶体材料国家重点实验室吴拥中等人研究了一种新颖而简单的“球磨-超声”策略，可以有效地获得高质量和大尺寸的超薄二维材料。利用这种剥落方法，获得了高产率获得大尺寸超薄h-BN，石墨烯，MoS2，WS2和BCN纳米片。此外，通过控制反应时间和大小，添加多种磨料来研究剥落机理，实验结果证明，该方法是制备高质量纳米片的通用策略。
文章要点：
1）在前体溶液中添加适度的亚微米级Al2O3磨料，在传统的固溶相剥离工艺中进行了大胆的创新。 Al2O3磨料为块状材料的表面和边缘提供摩擦力，以克服球磨过程中的范德华力。超声过程提供了纵向剪切力，以实现逐层剥离二维材料。
2）SEM分析了所获得样品的形态，通过超声球磨法将块状h-BN，片状石墨，MoS2和WS2充分剥落成具有透明薄层的纳米片，表明超声球磨方法是一种获得高质量剥落二维层状材料的有效方法。
3）采用AFM检测剥离的纳米片的厚度和表面性能，AFM图像有力地说明了该方法是获取厚度较小的高质量二维材料的有效方法。
4）TEM和HRTEM进一步表征剥离的纳米片的形态和晶体结构，四种纳米片的TEM图像都类似于在具有薄而透明层的AFM和SEM图像中观察到的图像。通过HRTEM图像清楚地观察到所有纳米片的六边形晶格和晶格条纹，这表明所获得的纳米片具有集成的晶格结构。同时可以直观地测量和标记四种纳米片的特定晶格面的晶面间距。同时，证实了所获得的纳米片的原始结晶结构是单个未扭曲的且保留良好。最终，作为一种新的制备方法，在水溶液中，超声球磨去角质方法可用于制备丰富且高质量的二维纳米片。
5）通过粉末X射线衍射表征获得纳米片的相结构，所有块状材料及其相应的片状剥落纳米片均显示相似的特征峰，且峰位置略有偏移，这表明建议的片状剥落过程不会破坏原始的良好结晶结构，尤其是，在XRD结果中没有发现Al2O3的特征峰，这证实了Al2O3已从剥离材料中完全去除。
6）拉曼光谱用于表征所获得纳米片的振动特性和晶体质量，与XRD测试类似，拉曼结果也没有显示Al2O3的特征振动峰，这再次证实Al2O3已从剥离材料中完全去除。
7）通过得到的EDX数据，可以看到，在剥离过程之前和之后，所有实验材料的元素比例均没有明显变化。同时，在剥离后的样品的EDX测试中没有发现Al2O3的能谱峰。
8）XPS分析了剥落前后二维材料的化学成分和价态变化。原料化学成分的完整性得以保持，并且在剥离过程之后，材料中没有残留Al2O3杂质。
9）遵循超声球磨法该方法进一步剥落了碳氮化硼纳米片，并证明了其在超级电容器中的应用，并大大提高了电容量。
总而言之，该策略为制备大尺寸超薄纳米材料提供了一种具有深远意义的方法，可以满足基础纳米科学研究的需求。
Dong Shi, et al,.Ultrasonic-Ball Milling: A Novel Strategy to Prepare Large-Size Ultrathin 2D Materials,small,2020
DOI:10.1002/smll.201906734
https://doi.org/10.1002/smll.201906734
