本發明屬于納米材料墨水制備
技術領域：
，更具體地，涉及一種離子插層型二維材料墨水及其產品。
背景技術：
：二維材料由于其具有原子層厚度，能夠暴露更多的原子而具有很多特殊的物理化學性質，并因此廣泛應用在超導，場效應管，電催化以及能源存儲方面。二維材料的制備已經存在很多解決方案，而如何將二維材料進一步加工成器件仍然缺少解決方案。噴墨打印是一種非接觸式的印刷技術，通過計算機軟件控制，使墨滴從噴嘴中快速連續地打印到打印介質上。噴墨打印技術中的墨水具有多樣性的優點，可采用無機物、有機物，甚至細胞。鑒于此優點，噴墨打印為二維材料的實際使用提供了良好的解決方案。噴墨打印的關鍵就是墨水的制備。由于納米材料極高的表面能，在溶液中極其容易團聚而喪失原本功能，所以目前往往使用各種有機溶劑和表面活性劑作為分散劑來制備墨水。利用有機溶劑例如四氫呋喃、二甲亞砜等可以直接剝離分散二維材料，而這類分散方法需要采用大功率超聲攪拌，耗費大量的能量；利用高分子和表面活性劑可以使得二維材料在水溶液中分散，但是這些化學品會覆蓋在材料表面難以除去。因此，如何制備穩定分散的二維材料墨水依然是一個極大地挑戰。技術實現要素：針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種離子插層型二維材料墨水的制備方法及其產品，其目的在于獲得可在分散劑中有效分散的離子插層型二維材料。為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種離子插層型二維材料墨水的制備方法，包括如下步驟：(1)以分散性較差的二維離子插層型二維材料作為前驅物，以鹽溶液作為離子交換媒介，將前驅物加入到離子交換媒介中，并在預設溫度下充分進行離子交換反應；其中，作為前驅物的離子插層型二維材料包括陽離子插層型的二維金屬氧化物或陰離子插層型的二維金屬氫氧化物；(2)對步驟(1)獲得的產物進行清洗抽濾、分離、干燥后得到離子插層型二維材料墨料；(3)按預設濃度配比將上述離子插層型二維材料墨料分散于分散劑中，獲得離子插層型二維材料墨水。優選地，上述的制備方法，采用水、乙醇、丁酮中的一種或幾種作為離子交換媒介的鹽溶液。優選地，上述的制備方法，采用硝酸鹽、氯化鹽、硫酸鹽或磷酸鹽中的一種或幾種作為離子交換媒介的鹽溶液。優選地，上述的制備方法，其步驟(1)中，在離子交換反應中加入磁子，并進行攪拌，以促進離子交換反應進行。優選地，上述的制備方法，離子插層型二維材料墨料的結構是以[mox]或[m(oh)x]多面體為單元排列組合成的板層結構，且陽離子、陰離子或水分子插層在板層間；其中，m是指金屬陽離子，x是指與金屬元素結合的o2-或是oh-的數量。優選地，上述的制備方法，離子插層型二維材料墨料的金屬元素為：al、ca、ti、v、cr、mn、co、ni、cu、zn、nb、mo、ru、rh、in、sn、cs或w。優選地，上述的制備方法，離子插層型二維材料墨料板層間的陽離子為li、na、k、ca、ag、ba、sn、mg、al、co、ni、cu或cs。優選地，上述的制備方法，離子插層型二維材料墨料板層間的陰離子為硝酸根、醋酸根、氯離子、磷酸根、磷酸氫根、氫氧根、碳酸根、氟離子或硫酸根。優選地，上述的制備方法，所采用的分散劑為水、乙醇、丁酮有機物中的一種或幾種。優選地，上述的制備方法，離子交換反應時長為3天～30天。優選地，上述的制備方法，預設溫度范圍為0℃～200℃。優選地，上述的制備方法，預設濃度配比范圍為1μg/ml～1g/ml。總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，由于其簡便的工藝流程，能夠取得下列有益效果：(1)本發明所提供的制備方法，利用簡單的離子交換的方法提高了離子插層型二維材料的分散性；(2)本發明所提供的制備方法可用于規模化生產離子插層型二維材料的功能性墨水；(3)本發明所制備的離子插層型二維材料墨水在儲能、催化、電致變色等領域具有極大的應用前景。附圖說明圖1是本發明實施例所采用的離子插層型二維材料的結構示意圖；圖2是實施例中二維na2w4o13納米片經li+、na+、k+交換及原始樣品的zeta-potential測試結果；圖3是實施例中二維na2w4o13納米片經li+交換后的sem圖片；圖4是實施例中二維na2w4o13納米片經li+交換后的xrd圖片；圖5是實施例中二維na2w4o13納米片經li+交換后配制墨水的丁達爾效應展示圖片。具體實施方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。本發明所提供的離子插層型二維材料墨水的制備方法，以分散性較差的離子插層型二維材料作為前驅物，以鹽溶液作為離子交換媒介，在0℃～200℃溫度下充分進行離子交換反應；將離子交換反應得到的產物清洗抽濾、分離、干燥后得到離子插層型二維材料墨料；將制得的離子插層型二維材料墨料按1μg/ml～1g/ml的濃度配比分散于分散劑中獲得離子插層型二維材料墨水。如圖1所示是本發明所提供的制備方法中獲得的離子插層型二維材料墨料的結構，是由[mox]或[m(oh)x]多面體為單元排列組合成板層結構，陽離子、陰離子或水分子插層在層間；其中，m代表金屬陽離子，x是與金屬元素結合的o2-或是oh-的數量。以下結合具體實施例來進一步闡述本發明提供的離子插層型二維材料墨水的制備方法及其產品；實施例提供的制備方法包括如下步驟：(1)將1.92gli2so4·h2o溶解于15ml去離子水中，配制成1mol/l的li2so4溶液；(2)將15mg離子插層型二維材料na2w4o13加入上述的li2so4溶液中；并加入磁子，在室溫下，利用攪拌器進行攪拌，進行歷時1周的離子交換反應；(3)將離子交換后的液體采用去離子水清洗、抽濾、分離na2w4o13納米材料，獲得樣品；(4)將清洗、抽濾、分離后獲得的樣品置于恒溫烘箱干燥，獲得在水中分散性較好的納米片材料；(5)取7.5mg上述納米片材料，分散于15ml去離子水中，獲得離子插層型三氧化鎢二維材料的墨水。本發明實施例中，采用na2w4o13這種離子插層型二維材料作為前驅物。如下表1所示，是將na2w4o13這種離子插層型二維材料作為前驅物經li+、na+或k+離子交換后獲得的產物及前驅物na2w4o13的icp元素含量檢測結果；從下表1的數據可以看出li+、k+均對na2w4o13納米片中插層的na+有交換作用。表1icp元素含量檢測結果樣品wnakli原始前驅物0.506120.1231500鉀離子交換0.448070.071370.063190鋰離子交換0.600690.0687600.08357鈉離子交換0.501870.1479500如圖2所示，是實施例中采用離子插層型二維材料na2w4o13作為前驅物，經li+、na+或k+離子交換，經過抽濾、干燥，以及分散處理所制得的離子插層型二維材料墨水的zeta-potential測試結果；從圖2可以看出經li+交換所制備的的離子插層型二維材料墨水zeta-potential顯著提升，而經k+交換所制備的的離子插層型二維材料墨水zeta-potential下降，原始離子插層型二維材料na2w4o13與na+交換所制備的離子插層型二維材料墨水的測試結果較為一致。如圖3所示，是實施例中離子插層型二維材料na2w4o13經li+交換后獲得的產物的sem圖片，可以看出所得的二維材料形貌均勻。如圖4所示，是實施例中離子插層型二維材料na2w4o13經li+交換后獲得的產物的xrd圖片。由標準卡片號21-1167可知，其晶型屬于三斜晶系，其中a＝0.8381nm，b＝0.8162nm，c＝0.3870nm，α＝90.05°，β＝103.10°，γ＝95.34°。如圖5所示，是實施例中采用離子插層型二維材料na2w4o13經li+交換后所制備的離子插層型二維材料墨水的丁達爾效應展示圖片；從該圖可以看出，離子插層型二維材料墨料在分散劑中分散均勻，分散液透明且有明顯的丁達爾效應。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁12