粉体百科 | 白色石墨烯——六方氮化硼

氮化硼

氮化硼（BN）是一种性能优异，极具发展潜力和应用前景的新型宽带隙纳米材料。它是一种典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物，由氮原子和硼原子组成。氮原子和硼原子采取不同的杂化方式相互结合，可以形成不同物相结构的氮化硼。

六方氮化硼

立方氮化硼

菱面体氮化硼

纤锌矿氮化硼

正交氮化硼

氮化硼主要物相的结构示意图

 

氮化硼的结构参数

六方氮化硼

 

六方氮化硼它是唯一存在于自然界的氮化硼相，属于六方晶系，呈白色，具有类似于石墨烯的层状结构特征和晶格参数，故又称白色石墨烯。它具有优异的耐高温、抗热震、高温热稳定性、耐腐蚀和易切削加工等综合特性，在冶金、化工、电子及新能源等领域具有广阔的应用前景。

六方氮化硼的结构及参数

六方氮化硼的性质

由于六方氮化硼的结构特点，使其具有很多优异的特性。

物理性质：高导热性、高耐热性、润滑性、摩擦系数低、热膨胀系数低、介电性质优异、可加工性强等。

化学性质：抗氧化性强、抗腐蚀性强、化学性质稳定。

六方氮化硼（h- BN）的基本性质

六方氮化硼纳米片的制备方法

六方氮化硼纳米片的制备方法有自下而上和自上而下两种，自下而上就是指利用化学合成的方法合成出六方氮化硼纳米片，自上而下是指通过剥离，将大块的六方氮化硼剥离成六方氮化硼纳米片。

化学气相沉积法（ＣVＤ）

合成六方氮化硼纳米片的装置示意图

机械剥离法

球磨法剥离过程的SEM图（ａ，ｃ）及相应的剥离机理示意图（ｂ，ｄ）

热剥离法

h-BN原料（Ａ）及热剥离法剥离并功能化的h-BN（Ｂ）在水中的溶剂情况和纳米片的AFM照片

液相剥离法

1）超声法

超声辅助法剥离六方氮化硼的原理示意图及纳米片的AFM照片

 

2）类Hummer法

类Hummer法剥离六方氮化硼过程

3）碱熔法

碱熔法剥离机理示意图

 

4）氟化法

氟化法剥离机理

 

六方氮化硼的应用

利用氮化硼制品较好的耐高温性和电绝缘性，可作为高温下的电绝缘材料，具有优良的抗热冲击性。

利用其高导热性及对微波辐射的穿透性能，在电子工业中可用作雷达的传递窗。

利用h-BN制品熔点较高、热膨胀系数小以及几乎对所有熔融金属都稳定的性能，可用作高温金属冶炼坩埚、耐热材料、散热片和导热材料等。

利用h-BN陶瓷优异的热稳定性能，可在1500℃至室温反复急冷急热条件下使用。

利用h-BN陶瓷对酸、碱和玻璃熔渣有良好的耐侵蚀性，以及对大多数熔融金属既不润湿也不反应的性能，可用作熔炼有色金属、贵金属和稀有金属的坩埚、器皿、管道、输送泵等部件。

利用h-BN陶瓷既是热的良导体，又是电的绝缘体，可作为超高温的绝缘材料。

利用h-BN陶瓷对微波和红外线是透明的，可用作透红外和微波的窗口，如雷达窗口等。

利用h-BN陶瓷具有较强的中子吸收能力，可在原子能工业中与各种塑料、石墨混合使用，作为原子堆的屏蔽材料。

利用h-BN陶瓷具有较高的热稳定性、化学稳定性和电绝缘性，同时还具有热导率高、介电性好、制品易加工等特点，可与TiB2复合制备导电陶瓷蒸发舟。

利用h-BN在超高压下性能稳定，可作为压力传递材料和容器。

利用h-BN是最轻的陶瓷材料，可用于飞机和宇宙飞行器的高温结构材料。

利用h-BN的发光性，可以作为场致发光材料。

参考资料：

李晨.六方氮化硼纳米片的制备、功能化及其在导热聚合物中的应用

翟凤瑞.六方氮化硼陶瓷的放电等离子烧结及性能研究