氮化硼(BN)材料制備與應(yīng)用剖析

硼是由硼(B)、第五族元素氮(N)、第三族元素硼(B)、第五族元素氮(N)組成的。硼具有較寬的孔隙、較高的熱導(dǎo)率和良好的抗氧化性能。硼肥在高溫、高頻、高功率、光電子學(xué)和抗輻射方面也有廣闊的應(yīng)用前景。氮化硼納米材料的制備，納米結(jié)構(gòu)的測(cè)量，納米器件的組裝，氮化硼陶瓷的增韌和光、電性能的測(cè)試，已成為當(dāng)今無(wú)機(jī)納米材料領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。

硼具有較寬的孔隙、較高的熱導(dǎo)率和良好的抗氧化性能。硼氮的結(jié)構(gòu)與石墨相似，通常存在sp2和sp3兩種雜化方式。Sp2雜化的 BN主要是六方相氮化硼(h-BN)和三方相氮化硼(r-BN)；sp3雜化的 BN主要是立方相氮化硼(c-BN)和纖鋅礦結(jié)構(gòu)氮化硼(w-BN)。圖1是氮化硼晶體的各個(gè)晶型結(jié)構(gòu)。

盡管氮化硼的結(jié)構(gòu)與石墨相似，但與石墨相比，它仍具有許多優(yōu)良的理化性質(zhì)：

耐高溫能力強(qiáng)，耐2000℃高溫，可升華至3000℃。

二、導(dǎo)熱性好，氮化硼導(dǎo)熱性能好，是許多陶瓷材料中最容易導(dǎo)熱的材料之一。

三、優(yōu)良的絕緣性能，高溫下絕緣性能極好，電阻率在25℃為104Ω NaN，在2000℃為104Ω NaN，是目前最好的高溫絕緣陶瓷材料。介電常數(shù)為4，能穿透微波和紅外光。

高溫穩(wěn)定性好，在氧化氣氛中抗氧化溫度可達(dá)900℃，真空條件下抗氧化溫度可達(dá)2000℃。

具有較低的熱膨脹系數(shù)，膨脹系數(shù)在10-6之間，僅次于石英玻璃，是一種較小的陶瓷材料，具有良好的抗熱震性。

潤(rùn)滑性好，在高溫下也有很好的潤(rùn)滑性能，是一種很好的高溫下固體潤(rùn)滑劑。

化學(xué)性能穩(wěn)定，抗腐蝕性能好，與一般無(wú)機(jī)酸、堿或氧化劑無(wú)反應(yīng)，對(duì)幾乎所有熔融金屬均有化學(xué)惰性。硼氮還具有很強(qiáng)的中子吸收能力，可用于在反應(yīng)堆中制造控制棒以吸收中子，也可用于制造防中子輻射防護(hù)裝置。