中國粉體網(wǎng)訊  自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，由于其優(yōu)異的機(jī)械、光學(xué)和電性能在材料科學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。2005年，人們采用微機(jī)械剝離法成功地制備出了單層六方氮化硼納米片。作為石墨烯等電子、同構(gòu)型的類似物，氮化硼納米片（BNNSs）同樣具有許多獨(dú)特的性能，近年來備受科學(xué)家的關(guān)注。

（圖片來源：科學(xué)畫報(bào)）

氮化硼納米片有何過人之處？

氮化硼納米片（BNNSs）是由多個(gè)六元環(huán)的硼吖嗪（borazine）所構(gòu)成，與石墨烯互為等電子體。由于BNNSs的顏色為白色，所以也稱為“白石墨烯”或“硼墨烯”。

BNNSs的上下層之間存在較弱的范德華力，層間的疊加屬于AA′堆積，即硼原子和氮原子沿c軸依次交錯(cuò)排列，而石墨烯層間則是半六邊形的疊加屬于AB堆積。值得注意的是，B—N鍵之間不僅有共價(jià)鍵的作用，并且還具有一些離子鍵的特性，從而在BNNSs層間形成“l(fā)ip-lip”作用。正是由于這些特殊的結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致BNNSs在宏觀力學(xué)性能較強(qiáng)，因此BNNSs結(jié)構(gòu)比石墨烯更加穩(wěn)定。

氮化硼納米片結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

另外，與石墨烯相比，BNNSs除了具有優(yōu)異的機(jī)械性能之外，還具備耐高溫、寬帶隙、更好的導(dǎo)熱性、更強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異特性，從而使其在許多方面比石墨烯更具有發(fā)展前途。

氮化硼納米片的應(yīng)用

由于BNNSs優(yōu)異的性能，BNNSs在許多領(lǐng)域存在潛在的應(yīng)用價(jià)值。

BNNSs作為無機(jī)填料添加到高分子基質(zhì)中制備高分子復(fù)合材料，從而提高復(fù)合材料的機(jī)械性能、導(dǎo)熱性能、抗氧原子腐蝕作用等等；BNNSs可用于功能性涂料制備，如各種防腐涂料，自清潔涂料等。最近，BNNSs在納米電子設(shè)備和紫外光發(fā)射設(shè)備上的應(yīng)用取得了一定的進(jìn)展。同時(shí)，BNNSs作為載體可提高金屬顆粒的催化作用和多孔BNNSs的水凈化作用的應(yīng)用上存在著巨大的潛力。雖然BNNSs是近幾年才開始研究，但其優(yōu)異的性能使產(chǎn)業(yè)界迅速看到了其在電子、半導(dǎo)體、新能源、功能材料、航天航海、軍工等領(lǐng)域可能的應(yīng)用潛力，成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)和競爭焦點(diǎn)。

氮化硼納米片的制備

機(jī)械剝離法

機(jī)械剝離法包括透明膠帶法和機(jī)械球磨法。Pacile等采用透明膠帶法制備出了二維結(jié)構(gòu)的BNNS。具體過程為：將粒徑約為10μm的h-BN通過反復(fù)“黏貼”的方式進(jìn)行剝離，最終可得到少層甚至只有1個(gè)原子層厚度的BNNS。該方法工藝簡單且得到的BNNS缺陷少、晶格完整，但過程繁瑣、制備效率低，難以規(guī)模化生產(chǎn)。機(jī)械球磨法可用來大規(guī)模制備BNNS。球磨法主要是利用剪切力打破h-BN層間范德華力的相互作用，得到BNNS。

化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是通過惰性氣體將硼源及氮源帶入到高溫管式爐中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后沉積到晶格匹配的基底上，從而得到BNNSs。CVD制備工藝技術(shù)具有簡單易行、高產(chǎn)、面積可控并且可以得到高品質(zhì)、性能好的固體材料等優(yōu)點(diǎn)，引發(fā)了使用CVD方法制備BNNSs材料的研究熱潮。

化學(xué)剝離法

化學(xué)剝離法是反應(yīng)物在溶液中插入h-BN層層之間，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，利用反應(yīng)生成物的自由運(yùn)動(dòng)克服h-BN層間的范德華力，從而得到BNNSs。該方法操作簡單，不需要高溫高壓，并且可以制備面積大、厚度薄的BNNSs，但也常常伴有BNNSs團(tuán)聚的現(xiàn)象。

聲波降解法

通常直接把h-BN加在某種有機(jī)溶劑或水中，借助超聲波的作用制備一定濃度的單層或少層BNNSs溶液。采用聲波降解法制備BNNSs對所選擇的溶劑有一定的要求，若該溶劑是h-BN的良溶劑則有助于BNNSs的剝離得到穩(wěn)定的BNNSs且不易團(tuán)聚；若該溶劑是h-BN的不良溶劑常常會使制得的BNNSs發(fā)生團(tuán)聚而無法制得高質(zhì)量、高產(chǎn)率的BNNSs。

超臨界流體制備氮化硼納米片

超臨界流體兼具氣體的擴(kuò)散性質(zhì)和液體的溶解能力，自從被引入到石墨烯的制備中取得了一些成果后，許多研究者也將其運(yùn)用到BNNSs的制備上。目前，利用超臨界CO₂在一定的溫度和壓力下能制備出厚度為2～6nm的BNNSs，且BNNSs的結(jié)晶形態(tài)與原始的h-BN基本沒有太大差異，得到的BNNSs懸浮液的濃度可高達(dá)0.24mg/mL，輔助以剪切、超聲波等手段后能有效提高其剝離效率。

SC CO₂制備BNNSs的原理圖

總結(jié)

近幾年，隨著石墨烯以及類石墨烯等二維納米材料研究熱潮的興起，BNNSs也越來越受到國內(nèi)外研究人員的重視。但是，相比石墨烯和其他二維納米材料，如二硫化鉬（MoS₂），BNNSs的研究進(jìn)展略顯緩慢。主要原因：盡管目前人們已經(jīng)研究出許多BNNSs的制備方法，但是簡單有效、高產(chǎn)率和高質(zhì)量的單層和少層BNNSs制備方法還有待開發(fā)。如何大量、低成本制備出高質(zhì)量的BNNSs材料并逐步走向產(chǎn)業(yè)化仍是未來研究的一個(gè)重點(diǎn)。

參考來源：

[1]杜淼等.氮化硼納米片的制備及其應(yīng)用研究進(jìn)展

[2]趙迪等.氮化硼納米片制備方法研究進(jìn)展

[3]白央等.超臨界流體制備氮化硼納米片的研究進(jìn)展

[4]李雪雨等.氮化硼納米片/橡膠復(fù)合材料研究進(jìn)展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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