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六方氮化硼(h-BN)，是一種白色的粉末狀材料，其晶體結(jié)構(gòu)與石墨非常相似，且兩者的物理化學(xué)性質(zhì)也較為相像，因此六方氮化硼也被稱為“白色石墨”，在導(dǎo)熱、潤(rùn)滑、儲(chǔ)氫、電池隔膜材料、高溫抗氧化涂層、催化等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。

六方氮化硼的結(jié)構(gòu)

從分子結(jié)構(gòu)圖來(lái)看，六方氮化硼屬于六方晶系，具有和石墨烯相同的六方晶體結(jié)構(gòu)，是由多層結(jié)構(gòu)堆委起來(lái)的，不同層之間B-N-B通過范德華作用力連接起來(lái)，其晶格常數(shù)a=0.2506+0.0002nm,c=0.667+0.0004nm，密度p=2.25g/cm3。

立方氮化硼在空氣中非常穩(wěn)定，具有很寬的帶隙(5.1ev)和高的硬度(莫氏硬度2)，能耐2270℃高溫，在3270℃左右時(shí)才會(huì)升華。同時(shí)，六方氮化硼具有良好的絕緣性、導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性、熱膨脹/收縮率低等優(yōu)點(diǎn)，與弱酸和強(qiáng)堿在室溫下均不反應(yīng)。

六方氮化硼的制備

合成氮化硼常見方法有硼酐法、鹵化硼法、硼酸法、硼砂法、電弧等離子體法等。其中硼酐法是工業(yè)生產(chǎn)氮化硼的主要方法。通常制得的氮化硼是石墨型的六方氮化硼，石墨型氮化硼在高溫(1800°C)、高壓(800MPa)下可轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎傂土⒎降稹?/p>

1、硼酐法 將B203與NH3于900~1200℃反應(yīng)得到氨化硼粉末，將該粉末在1400℃的NH3中連續(xù)氮化或在1800C的N2、Ar中處理后，即可得純度高，結(jié)晶度好的氮化硼粉末。也可于石墨坩堝中在催化劑作用下，用石墨還原硼酐得到氮化硼。

2、氣相合成法 鹵化硼與氨反應(yīng)生成中間物質(zhì)氨基絡(luò)合物，氨基絡(luò)合物經(jīng)900~1200℃高溫處理得到氮化硼。在900~1200℃C得到的氮化硼純度較低，如果在1600~1900C下處理氨基絡(luò)合物則可得高純氮化硼。

3、硼酸法 由硼酸與磷酸三鈣等在氨氣中加熱制得。

六方氮化硼的性能

因?yàn)榱降鸬姆肿咏Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，所以其具備很多優(yōu)異的性能，如高的導(dǎo)熱性能高的耐熱性能、潤(rùn)滑性好、摩擦系數(shù)低、熱膨脹系數(shù)低、介電性質(zhì)優(yōu)異等物理性能，同時(shí)也具備著抗氧化性強(qiáng)、抗腐蝕性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等化學(xué)性能。(1)高耐熱性。六方氮化硼(h-BN)在0.1Mpa氮?dú)庵屑訜嶂?000℃以上才會(huì)升華，在1800C時(shí)的強(qiáng)度為室溫的2倍，因此具有著優(yōu)異的抗熱震性能，在1500℃C空冷至室溫?cái)?shù)十次也不會(huì)出現(xiàn)破裂情況。

(2)高導(dǎo)熱系數(shù)。六方氮化硼制品的導(dǎo)熱率約為33W/m-k，有著與不銹鋼相似的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱率較大。

(3)低膨脹系數(shù)。六方氮化硼的線膨脹系數(shù)為(2.0--6.5)*10-6℃，僅次于石英玻璃，加上其具有高的導(dǎo)熱率，因此抗熱震性能極好。

(4)優(yōu)良的電絕緣性。六方氮化硼的高溫絕緣性好，高純度六方氮化硼**體積電阻率可達(dá)1016-10189*cm，即使在1000C高溫下，仍有104~1069*cm。

(5)良好的耐腐蝕性。六方氮化硼化學(xué)穩(wěn)定性好，且不被大多數(shù)的熔融金屆、玻璃和鹽潤(rùn)濕，因此具有很高的抗酸、堿、熔融金屈及玻璃的侵蝕能力，有良好的化學(xué)惰性。

(6)較低的摩擦系數(shù)。六方氮化硼具有極好的潤(rùn)滑性能，摩擦系數(shù)為0.16，高溫下不增大，比二硫化鉬、石墨耐溫高，氧化氣氛可用到900℃，真空下可用到2000C

(7)可機(jī)械加工性。六方氮化硼極易使用常規(guī)金屬切削技術(shù)對(duì)制品精加工，車削精度可達(dá)0.05mm，因此由六方氮化硼坯料可以加工得到復(fù)雜形狀的制品。

六方氮化硼是合成立方氮化硼的原料。立方氮化硼主要被用作高級(jí)耐火材料、超硬耐磨材料，由氮化硼加工制成的超硬材料，可制成高速切割工具和地質(zhì)勘探、石油鉆探的鉆頭。由于立方氮化硼還具有高導(dǎo)熱性和良好的半導(dǎo)體特性，也是使用溫度較高的半導(dǎo)體材料，廣泛用于光電子、微電子領(lǐng)域。

此外，氮化硼可以用于制造TIB2/BN復(fù)合陶瓷，金屬成型的脫模劑和金屬拉絲的潤(rùn)滑劑及高溫涂料，在抗熔融金屬腐蝕的場(chǎng)合作為熱增強(qiáng)添加劑、耐高溫的絕緣材料。用作半導(dǎo)體硅摻雜源。在航空等工業(yè)可以用作航天航空中的熱屏蔽材料，原子反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料，高壓高頻電及等離子弧的絕緣體。

應(yīng)用領(lǐng)域

導(dǎo)熱領(lǐng)域

電子封裝:h-BN具有良好的導(dǎo)熱性和電絕緣性，可作為電子封裝材料，幫助散熱，提高電子設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，延長(zhǎng)使用壽命。

半導(dǎo)體器件:h-BN的寬禁帶使其在半導(dǎo)體器件中具有潛在應(yīng)用，可用于制造高溫、高頻、大功率的電子器件，如氮化硼基的場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。

潤(rùn)滑領(lǐng)域

高溫潤(rùn)滑:h-BN在高溫下具有良好的潤(rùn)滑性能，可作為高溫潤(rùn)滑劑，用于高溫機(jī)械部件的潤(rùn)滑，如航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承、活塞等部件的潤(rùn)滑。

固體潤(rùn)滑劑:h-BN納米片可作為固體潤(rùn)滑劑，添加到潤(rùn)滑油中，提高潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能和穩(wěn)定性，減少摩擦和磨損。

污水處理

水污染問題直接關(guān)系到國(guó)家發(fā)展和民生，尤其是重金屬污染--因?yàn)橹亟饘匐x子進(jìn)入人體可能引發(fā)各種疾病。隨著水污染問題的日益嚴(yán)峻，各種方法和材料相繼被應(yīng)用于污水治理之中，其中h-BN被制成3D多孔的結(jié)構(gòu)時(shí)，可用于吸附領(lǐng)域。

污水處理領(lǐng)域

重金屬離子吸附:h-BN制成的3D多孔結(jié)構(gòu)材料，對(duì)重金屬離子具有良好的吸附性能，可用于污水處理中的重金屬離子去除，如對(duì)砷離子的吸附。

有機(jī)污染物吸附:h-BN納米片對(duì)有機(jī)污染物也有一定的吸附能力，可用于吸附水中的有機(jī)染料、農(nóng)藥等污染物。

催化領(lǐng)域

石墨烯無(wú)論是作為載體，還是作為催化劑都得到了廣泛的研究應(yīng)用。h-BN因其具有類似石墨烯的結(jié)構(gòu)，且擁有比石墨烯更穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和耐高溫性能，在催化領(lǐng)域的應(yīng)用效果被人們發(fā)現(xiàn)。

催化領(lǐng)域

載體:h-BN因其具有類似石墨烯的結(jié)構(gòu)，且擁有比石墨烯更穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和耐高溫性能，可作為催化劑的載體，將金屬離子或金屬單質(zhì)沉積在h-BN表面，形成具有催化活性的催化劑。

直接催化:h-BN本身在某些反應(yīng)中也具有一定的催化活性，如在有機(jī)合成反應(yīng)中，可作為催化劑促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。

能源領(lǐng)域

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的化石能源逐漸不能滿足人們的要求，探索和開發(fā)清潔能源成為當(dāng)前科研人員的工作重點(diǎn)問題之一。氫氣作為清潔新能源出現(xiàn)在人們的視野之中，但氫氣如何儲(chǔ)存和運(yùn)輸成為新的問題。多孔的h-BN因具有大的比表面積、合適的孔體積、高密度的吸附活性位點(diǎn)成為優(yōu)異的候選者。燃料電池作為新能源也逐步被人們了解，h-BN因顯示出較高的質(zhì)子傳導(dǎo)性以及優(yōu)異的氣體阻隔能力，在質(zhì)子交換膜燃料中具有優(yōu)異的表現(xiàn)。

氫氣儲(chǔ)存:多孔的h-BN因具有大的比表面積、合適的孔體積、高密度的吸附活性位點(diǎn)，可作為氫氣儲(chǔ)存的材料，提高氣的儲(chǔ)存效率。

燃料電池:h-BN因顯示出較高的質(zhì)子傳導(dǎo)性以及優(yōu)異的氣體阻隔能力，在質(zhì)子交換膜燃料電池中具有優(yōu)異的表現(xiàn)，可用于制造燃料電池的電極材料、質(zhì)子交換膜等。

生物醫(yī)藥領(lǐng)域

藥物載體:h-BN納米球表面可以吸附大量藥物，可作為藥物的載體，用于藥物的靶向輸送和緩釋。

硼中子俘獲療法:利用氮化硼納米管作為硼中子俘獲療法的10B攜帶劑，可將硼元素輸送到腫瘤部位，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的精準(zhǔn)治療。

生物醫(yī)藥材料由于其特殊性，對(duì)材料要求較高。首先，需要材料對(duì)生物體沒有毒害作用。其次，需要材料具有化學(xué)穩(wěn)定性，還需要材料有很好的生物相容性。通過實(shí)驗(yàn)表明，h-BN具有很好的生物相容性，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。除了可以直接作為藥物發(fā)揮作用，如亞賽等利用氮化硼納米管作為硼中子俘獲療法的10B攜帶劑，亞賽將氮化硼納米管功能化使其能夠追蹤，并使用葉酸作為腫瘤靶向配體;也可以作為藥物的載體，如亞賽等通過化學(xué)氣相沉積法使用氧化硼蒸汽和流動(dòng)的氨制備了h-BN納米球。測(cè)試表明，這些納米球表面可以吸附大量藥物。

微波吸收領(lǐng)域

h-BN具有良好的電絕緣性、超低的介電常數(shù)以及優(yōu)良的微波傳輸能力，通常被用作透波材料而不是吸波材料。但h-BN材料可以與其他材料結(jié)合以調(diào)節(jié)其介電性能，從而提高復(fù)合材料的微波吸收性能，可用于制造微波吸收材料，如隱身材料等。

針對(duì)不同金屬鑄造及高溫設(shè)備使用需求亞賽開發(fā)出7種型號(hào)的氮化硼水性或有機(jī)系涂料。其高溫穩(wěn)定性、不粘性與抗氧化性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)石墨涂料，廣泛用于:

鋁、鈦、銅及其合金的鑄造脫模

光學(xué)玻璃熱彎成型脫模

金屬鍛造與鋁加工設(shè)備的潤(rùn)滑與隔熱保護(hù)

高溫爐壁、導(dǎo)熱系統(tǒng)的防護(hù)涂層