氮化硼的应用及前景

氮化硼，化学式BN，一种非氧化物的材料，是碳(C2)的等电子体，其晶体的晶型结构与石墨相似，是目前研究和应用较多的氮化物陶瓷材料之一。根据晶体结构类型，BN主要包括：六方氮化硼(h-BN)、立方氮化硼(c-BN)、斜方氮化硼(r-BN)、纤锌矿氮化硼(w-BN)。 

一、氮化硼具有哪些特性呢？

作为石墨的结构类似物，BN某些理化性能却比石墨更加优异。BN的性能如下：

1 热学性能

（1）高耐热性：空气中抗氧化温度高达900℃，惰性环境下在1800-2000℃开始分解；

（2）高导热性：良好的导热性，使BN成为陶瓷材料中导热的材料之一；

（3）低热膨胀系数：膨胀系数为10-6，仅次于石英，是陶瓷中最小的。

2 电学性能

（1）高温绝缘性好；2000℃下电阻为104Ω/cm，陶瓷中的高温绝缘材料，

（2）良好的介电性能：介电常数为4，能透微波，常用作雷达天线的外保护层。

3 化学稳定性

（1）BN与大多数氧化剂、无机酸/碱不发生化学反应，呈现化学惰性，表现出良好的耐腐蚀性；

（2）对大多数的金属既不发生化学反应，也不润湿。

4 润滑性能

常温下具有优异的润滑性能，同时高温环境下也具有良好润滑性能，广泛应用在高温固体润滑剂领域。

应用及前景

制备与表征氮化硼纳米材料是为了改进传统氮化硼材料的性能，发挥其纳米量级的各种效应，达到预期优良性能，拓展新的应用领域。

1、氮化硼涂层

在高温下具有的明显化学惰性，使氮化硼涂层可用来保护铝、镁、锌合金等材料免受高温氧化。当将氮化硼涂层包覆耐火材料或陶瓷器皿后，即使温度高达1273K时，氮化硼涂层能有效保护其抗氧化。

2、BN的高导热性

BN的高导热性一直是科研工作者所热衷的，主要是利用纳米h-BN和c-BN的高导热系数制备复合材料以起到加速散热和导热的效果。图7为氮化硼纳米片复合材料导热机理。同时可解决热导材料与处于运行中的电气部件相接触而需要的高电阻率材料避免短路的问题，BN比碳纳米管更适合做热导材料。将超声剥离的二维氮化硼纳米片和一维纤维素纳米纤维共混，制备的复合材料热导率高达 180W/(m·K)，是迄今为止热导率最高的纳米复合材料。

3、净化水

有效的去除水中的油、有机溶剂和染料是全球性的水资源保护的问题。开发先进的具有优异吸附量的吸附剂材料迫在眉睫。使用三氧化二硼和盐酸胍为原料，在 N2/H2 混合载气下加热1100℃保持 2 小时。合成的氮化硼纳米片比表面积高达1427m2/g，如图8所示，其吸附水中乙醇，甲苯，油等污染物的能力显著超过了常用的吸附材料。更有趣的是，氮化硼纳米片制成的多孔坯体材料吸收油以后还可以简单地在空气中燃烧去除油污，其强化学惰性和抗氧化性使它在油污燃烧后可以重复使用。

4、储氢材料

氢气是目前最清洁的能源，对解决大气污染问题有着光明的发展前景。如何能够安全有效的使用和储存氢气，是研究者首要解决的问题。用三聚氰胺和硼酸作为前驱体，在 900-1100℃制备了多孔BN纳米带，比表面积高达1488m2/g，是已报道的氮化硼家族中比表面积的，其储氢性能也非常卓越。图9所示是氮化硼纳米带的形貌和氢气吸附-脱附曲线。

作为一种先进的纳米材料和陶瓷材料，氮化硼纳米材料以其优秀的物理和化学性能受到了各个领域的青睐，在光电、环保及日化等领域也必将发挥更重要的作用。我们需要在已有的研究和应用基础上，开拓思路，实现氮化硼纳米材料的大规模、经济实惠、零污染合成，促进广泛应用。

来源：粉体圈