材料控 ▎號(hào)稱石墨烯兄弟，導(dǎo)熱不導(dǎo)電“白石墨烯”奇妙應(yīng)用
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- 發(fā)布日期：2019-11-28
說到氮化硼（h-BN），引人樂道的就是它優(yōu)異的熱性能。身為陶瓷材料中導(dǎo)熱優(yōu)質(zhì)的材料之一，h-BN的結(jié)構(gòu)與多層石墨烯類似，具有六方層狀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)松散、潤(rùn)滑、質(zhì)輕質(zhì)軟等性狀，可加工性強(qiáng)，又由于其色為白，因此也被稱為“白石墨烯”。
但h-BN的優(yōu)勢(shì)并不僅限于此，它不僅是熱的良導(dǎo)體，而且還是典型的電絕緣體——常溫電導(dǎo)率可達(dá)1016~1018Ω/cm（1000℃時(shí)仍達(dá)1014~106Ω/cm）；介電常數(shù)3~5。介電損耗為（2~8）*10-4，擊穿強(qiáng)度為Al2O3的兩倍，達(dá)30~40kV/mm，因此是理想的高頻絕緣、高壓絕緣、高溫絕緣材料。
憑借如此難得的特性，h-BN在一些領(lǐng)域中起著難以被替代的作用，下邊介紹關(guān)于它的應(yīng)用。
氮化硼的應(yīng)用
h-BN顆粒的各方面性能受純度影響較大，而燒制條件以及產(chǎn)品后處理會(huì)直接影響純度，因此制備高純度的六方氮化硼顆粒是保證其廣泛應(yīng)用的前提。
而在不同領(lǐng)域中，就算是同一成分的原料，由于使用目的不同，原料規(guī)格自然也有所差異。
1、高溫潤(rùn)滑劑
h-BN具備十分優(yōu)異的高溫潤(rùn)滑性，作為潤(rùn)滑劑使用時(shí)，可以分散在耐熱潤(rùn)滑脂、水或溶劑中；噴涂在摩擦表面上，待溶劑揮發(fā)而形成干模，因h-BN與鋼、不銹鋼、鋁等既不潤(rùn)濕又不發(fā)生作用，因此它常用于抗熔融金屬腐蝕的場(chǎng)合，如熔煉蒸發(fā)金融的坩鍋、舟皿、液態(tài)金融輸送管等。
2、導(dǎo)熱填料
BN作為填料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于導(dǎo)熱復(fù)合材料，可解決熱導(dǎo)材料與處于運(yùn)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。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)率很好的納米復(fù)合材料。
3、耐高溫涂料
氮化硼在高溫下具有的明顯化學(xué)惰性，使得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(shí)，氮化硼涂層也能有效保護(hù)其抗氧化。
4、脫模劑
普通的潤(rùn)滑油及弗素樹脂、石墨等，在一定的高溫環(huán)境下都會(huì)失去潤(rùn)滑功能。但以固體潤(rùn)滑劑氮化硼為原料的耐高溫脫模劑在極端高溫下依舊能保持優(yōu)良的潤(rùn)滑性、脫模性，因此適用于金剛石工具的成型，高溫硬化性樹脂的成型，燒結(jié)金屬的成型，鋁框的壓制，玻璃的成型，壓鑄的脫模等。
5、高絕緣高導(dǎo)熱陶瓷制品
氮化硼陶瓷具有良好的耐熱性、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、高溫介電強(qiáng)度，是理想的散熱材料和高溫絕緣材料。由于其化學(xué)穩(wěn)定性好，因此能抵抗大部分熔融金屬的浸蝕；制品硬度低（莫氏強(qiáng)度2）因此可進(jìn)行精度為1/100mm的機(jī)械加工。常用于制造熔煉半導(dǎo)體的坩堝及冶金用高溫容器、半導(dǎo)體散熱絕緣零件、高溫軸承、熱電偶套管及玻璃成形模具等。
6、合成立方氮化硼
C-BN是氮化硼的另一種常用形態(tài)，其硬度僅次于金剛石而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它材料，并且也是理論的低溫穩(wěn)定相。利用h-BN在觸媒參與下，在高溫（1800℃）、高壓（800Mpa）下轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)硬如金剛石的c-BN氮化硼，是當(dāng)前合成氮化硼的主要方法之一。
7、化妝品
憑借層狀晶體結(jié)構(gòu)帶來的潤(rùn)滑、質(zhì)輕等特性，h-BN粉體也可在化妝品中作為體質(zhì)顏料使用，具有很好的涂敷和附著性，且顏色為白，可有效調(diào)節(jié)產(chǎn)品的涂展性、皮膚貼付性、光澤感、皮膚質(zhì)感及產(chǎn)品的成型性、使用性。
小結(jié)
如今，納米技術(shù)的興起也帶動(dòng)了納米氮化硼的興起。氮化硼納米片和納米管（BNNTs）以及氮化硼納米帶等納米結(jié)構(gòu)，因其在光電、環(huán)保及日化等領(lǐng)域中展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，也引起了科研人員的極大興趣。但由于成本問題，大規(guī)模應(yīng)用仍有難度，因此研發(fā)出更為經(jīng)濟(jì)可行的生產(chǎn)工藝將是氮化硼材料未來發(fā)展的主要方向之一。
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