導(dǎo)讀：氮化硼(CY-HBN)，化學(xué)式BN，一種非氧化物的材料，是碳(C2)的等電子體，其晶體的晶型結(jié)構(gòu)與石墨相似，是目前研究和應(yīng)用較多的氮化物陶瓷材料之一。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)類型，BN主要包括：六方氮化硼(CY-HBN)、立方...

氮化硼(CY-HBN)，化學(xué)式BN，一種非氧化物的材料，是碳(C2)的等電子體，其晶體的晶型結(jié)構(gòu)與石墨相似，是目前研究和應(yīng)用較多的氮化物陶瓷材料之一。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)類型，BN主要包括：六方氮化硼(CY-HBN)、立方氮化硼(c-BN)、斜方氮化硼(r-BN)、纖鋅礦氮化硼(w-BN)。

一、氮化硼(CY-HBN)具有哪些特性呢？

作為石墨的結(jié)構(gòu)類似物，BN某些理化性能卻比石墨更加優(yōu)異。BN的性能如下：

1、熱學(xué)性能

（1）高耐熱性：空氣中抗氧化溫度高達(dá)900℃，惰性環(huán)境下在1800-2000℃開始分解；

（2）高導(dǎo)熱性：良好的導(dǎo)熱性，使BN成為陶瓷材料中導(dǎo)熱最佳的材料之一；

（3）低熱膨脹系數(shù)：膨脹系數(shù)為10-6，僅次于石英，是陶瓷中最小的。

2、電學(xué)性能

（1）高溫絕緣性好；2000℃下電阻為104Ω/cm，陶瓷中最好的高溫絕緣材料，

（2）良好的介電性能：介電常數(shù)為4，能透微波，常用作雷達(dá)天線的外保護(hù)層。

3、化學(xué)穩(wěn)定性

（1）BN與大多數(shù)氧化劑、無機酸/堿不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，呈現(xiàn)化學(xué)惰性，表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性；

（2）對大多數(shù)的金屬既不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不潤濕。

4、潤滑性能

常溫下具有優(yōu)異的潤滑性能，同時高溫環(huán)境下也具有良好潤滑性能，廣泛應(yīng)用在高溫固體潤滑劑領(lǐng)域。

二、氮化硼(CY-HBN)納米材料分類

1、各向同性BN納米材料

各向同性BN納米材料主要是指具有中心點對稱的實心納米球、空心納米球及類似的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)，圖2為BN納米球微觀組織。早在1990年有一份專利宣稱以BCl3和氨氣為原料，采用CVD法于低溫下制備出球形的BN粒子。以Zn和KBH4/NH4BF4為原料，采用溶劑熱法制備出BN空心納米球體，但顯然這是一條較危險的合成路線。 

2、各向異性BN納米材料

（1）氮化硼(CY-HBN)納米管

自從制備出碳納米管(Carbon Nanotube，CNT)后，研究人員將研究重點放在氮化硼納米管(Boron Nitride Nanotube，BNNT)的制備、性能、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用方面，如圖3所示。氮化硼納米管的結(jié)構(gòu)與碳納米管的結(jié)構(gòu)類似，B原子和N原子交替取代了石墨片層中的C原子形成納米管狀結(jié)構(gòu)可以分為單壁管和多壁管。氮化硼納米管有三種結(jié)構(gòu)類型：扶手椅型、鋸齒型和手性型。常用的制備方法主要包括電弧放電法、激光燒燭法、球磨法、等離子體噴射法、碳納米管置換法、化學(xué)氣相沉積法等。

（2）氮化硼納米線

氮化硼納米線(Boron Nitride nanowire，BNNW) —般是伴隨在制備氮化硼納米管的過程中產(chǎn)生。在上世紀(jì)七十年代初，就以氨氣、氧化硼為原料合成了氮化硼納米線，但前驅(qū)體納米線的品質(zhì)、氨化過程卻相當(dāng)難以控制。盡管氮化硼納米線具有比碳纖維更加優(yōu)良的抗氧化性和介電性能，但相對碳纖維而言，對氮化硼納米線研究要少得多。目前，人們還在研究一種可用來合成氮化硼納米線的聚合物前驅(qū)體，該前驅(qū)體是硼氮烷類物質(zhì)。

（3）氮化硼納米片

二維六方氮化硼(CY-HBN)納米片結(jié)構(gòu)類似于石墨結(jié)構(gòu)，可看成是B和N原子依次取代石墨中的C原子而得到。圖4所示的是石墨烯和單層六方氮化硼(CY-HBN)的結(jié)構(gòu)比較。單層氮化硼納米片在近些年才得到關(guān)注，但是與具有較長研究歷史的石墨稀相比，單層氮化硼的研究還屬于起步階段。在石墨結(jié)構(gòu)中，每個碳層是以相對較弱的范德華力相互吸引而堆在一起，而在多層氮化硼片中，由于B-N鍵之間存在偏極性，從而導(dǎo)致每個BN層之間存在作用力。這也是單層氮化硼納米片很難得到的原因之一，而多層氮化硼片有利于整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

發(fā)現(xiàn)長期以來人們將研究重點放在對各向異性的氮化硼納米材料特別是對BNNT的研究上，其生長機理也研究得較透徹，但BNNT的合成難以大規(guī)模化，距離實際應(yīng)用還有較長的路。相對而言，有關(guān)各向同性的BN納米球體的研究較少，對其生長機理研究也不夠深入。

三、氮化硼納米材料應(yīng)用及前景簡介

制備與表征氮化硼納米材料是為了改進(jìn)傳統(tǒng)氮化硼材料的性能，發(fā)揮其納米量級的各種效應(yīng)，達(dá)到預(yù)期優(yōu)良性能，拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域。

1、氮化硼涂層

在高溫下具有的明顯化學(xué)惰性，使氮化硼涂層可用來保護(hù)鋁、鎂、鋅合金等材料免受高溫氧化。當(dāng)將氮化硼涂層包覆耐火材料或陶瓷器皿后，即使溫度高達(dá)1273K時，氮化硼(CY-HBN)涂層能有效保護(hù)其抗氧化。圖6為采用氮化硼做涂層的刀具。

2、BN的高導(dǎo)熱性

BN的高導(dǎo)熱性一直是科研工作者所熱衷的，主要是利用納米h-BN和c-BN的高導(dǎo)熱系數(shù)制備復(fù)合材料以起到加速散熱和導(dǎo)熱的效果。圖7為氮化硼納米片復(fù)合材料導(dǎo)熱機理。同時可解決熱導(dǎo)材料與處于運行中的電氣部件相接觸而需要的高電阻率材料避免短路的問題，BN比碳納米管更適合做熱導(dǎo)材料。將超聲剝離的二維氮化硼納米片和一維纖維素納米纖維共混，制備的復(fù)合材料熱導(dǎo)率高達(dá) 180W/(m·K)，是迄今為止熱導(dǎo)率最高的納米復(fù)合材料。

圖7 氮化硼納米片復(fù)合材料導(dǎo)熱機理

3、凈化水

有效的去除水中的油、有機溶劑和染料是全球性的水資源保護(hù)的問題。開發(fā)先進(jìn)的具有優(yōu)異吸附量的吸附劑材料迫在眉睫。使用三氧化二硼和鹽酸胍為原料，在 N2/H2 混合載氣下加熱1100℃保持 2 小時。合成的氮化硼納米片比表面積高達(dá)1427m2/g，如圖8所示，其吸附水中乙醇，甲苯，油等污染物的能力顯著超過了常用的吸附材料。更有趣的是，氮化硼(CY-HBN)納米片制成的多孔坯體材料吸收油以后還可以簡單地在空氣中燃燒去除油污，其強化學(xué)惰性和抗氧化性使它在油污燃燒后可以重復(fù)使用。

4、儲氫材料

氫氣是目前最清潔的能源，對解決大氣污染問題有著光明的發(fā)展前景。如何能夠安全有效的使用和儲存氫氣，是研究者首要解決的問題。用三聚氰胺和硼酸作為前驅(qū)體，在 900-1100℃制備了多孔BN納米帶，比表面積高達(dá)1488m2/g，是已報道的氮化硼家族中比表面積最大的，其儲氫性能也非常卓越。

作為一種先進(jìn)的納米材料和陶瓷材料，氮化硼(CY-HBN)納米材料以其優(yōu)秀的物理和化學(xué)性能受到了各個領(lǐng)域的青睞，在光電、環(huán)保及日化等領(lǐng)域也必將發(fā)揮更重要的作用。我們需要在已有的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)上，開拓思路，實現(xiàn)氮化硼納米材料的大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)實惠、零污染合成，促進(jìn)廣泛應(yīng)用。