納米氮化硼的制備研究進展

朱耿增，肖茂永

（1.山東省電力公司電力科學研究院，山東濟南250002；2.河套學院機電工程系，內蒙古巴彥淖爾015000）

氮化硼常見的晶型結構有6方、斜方和立方等。6方氮化硼具有類石墨結構［1］，因此通常也被稱為“白石墨”，其內部平坦結構以ABABAB雙層序列有規律的堆疊而成，層內面原子以不易破壞的共價鍵相結合，層間以弱的范德華力相結合，所以層間易發生滑移［2］。氮化硼的結構和石墨類似，它的雜化方式有SP2和SP32種。SP2雜化的氮化硼主要有6方相氮化硼和3方相氮化硼；SP3雜化主要有立方相氮化硼和纖鋅礦結構氮化硼。對于6方氮化硼：摩擦系數很低、高溫穩定性很好、耐熱震性很好、強度很高、導熱系數很高、膨脹系數較低、電阻率很大、耐腐蝕、可透微波或透紅外線。氮化硼具有抗化學侵蝕性質，不被無機酸和水侵蝕［3］。

1 物理制備方法

1.1 機械剝離法

最初用于制備石墨烯采用的透明膠帶法，在氮化硼納米片的研究中，研究人員也同樣應用了此種方法。Pacile.等［4］首先用透明膠帶法制備出了二維結構氮化硼納米片。具體方法是，將粒徑為的6方氮化硼粉末用膠帶粘附在厚度為的基底上，然后強行將氮化硼分離成小的碎片，最后得到僅僅有幾個原子層厚度的二維氮化硼納米片。由于氮化硼層內存在較強的離子鍵作用力，層間存在較強的范德華作用力，使其達到石墨烯的剝離效果比較困難。這種方法的優點是制備工藝簡單，得到的樣品結晶度高，但是尺寸較小，厚度不易控制，效率低，不適合工業化生產。

球磨法的效率高于透明膠帶法，其中最普遍的是濕式行星球磨法，球磨法原理見圖1。

圖1 球磨法剪切剝離制備納米片氮化硼

Li等［5］利用此方法，并添加了潤滑劑苯甲酸芐酯，制備出的氮化硼納米片結晶度良好，且僅有幾個原子層厚度。此方法操作簡單，對環境要求低，但制備的材料厚度難控制、選擇性差、結晶度差。

1.2 超聲剝離法

超聲剝離法的原理是將氮化硼放入溶劑中，依靠超聲輸出的能量破壞氮化硼層與層之間的范德華力達到剝離氮化硼的效果。Lin Y.等［6］人在水中，通過超聲輔助剝離得到了幾個原子層厚度的氮化硼納米片，這種方法得到的氮化硼納米片邊緣處含有羥基，具有良好的水溶性。Zhi等［7］人利用有機溶劑二甲基甲酰胺超聲分散氮化硼10 h后，經過離心洗滌得到毫克級氮化硼納米片，其直徑為幾微米，厚度約為3個原子層厚度。利用此種方法制備氮化硼納米片對溶劑的選擇很重要。

1.3 流體剝離法

利用流體在高壓高速或者高溫高速產生的巨大剪切力，克服材料層與層之間的范德華力，達到剝離的目的。Yurdakul等人在高壓下，把氮化硼粉末分散在DMF和氯仿的混合溶劑中，得到10 nm左右厚度的氮化硼納米片，產率達到了45%。Chen等人通過8 000 rpm高速，依靠剪切力，將分散在N—甲基吡咯烷酮中的氮化硼粉末剝離出納米片氮化硼。此方法操作簡單，效率較高成本偏低，溶劑具有選擇性［8］。

2 化學制備方法

2.1 化學氣相沉積法(CVD)

化學氣相沉積法是將含有B 源和N源的氣體，通入反應室內，通過高溫加熱使得氣體間相互反應形成納米級沉積物。最早，有Rand等人利用氨氣和乙硼烷在高溫下反應，在不同襯底上得到沉積物。Sond等人以硼氫化鈉為反應物，在無氧環境下得到約2個原子層厚度，體積較大的納米片氮化硼。Gao等人以三氧化二硼和三聚氰胺為反應物，僅在高溫條件下制備出的氮化硼納米片厚度達到25～50 nm，并且產率也很高。這類方法操作簡單易行，可控性好，但是能耗大，有雜質生成，成本高，對設備的依懶性很強［9］。

2.2 濕化學法（NPP-法）

反應物中有液態物質參加，通過化學反應制備材料的1種方法。在無氧環境下，以硼酸和尿素為原材料，通過加熱至900℃制得1～4 nm厚度的氮化硼納米片。反應中硼酸先分解成三氧化二硼和水，然后與尿素分解產生的氨氣反應生成氮化硼納米片和水。此方法制備的納米氮化硼厚度可控，純度較高，副產物少。

3 結束語

氮化硼納米片因其本身的優異性質及廣泛的應用前景，受到了廣大研究者的關注，推動了BNNS的快速研究與發展。實際應用中，對氮化硼納米片的高質量，結構完整性的要求也在不斷促使研究者們在想盡各種方法實現。面對此問題要求，各種方案制備的氮化硼納米片都有一定的優缺點。物理方法制備的氮化硼納米片一般是厚度不易控制，產量偏低，但是成本低，然而化學法制備的氮化硼納米片，厚度一般可以控制，產量較高，但是制備成本高，尤其是濕化學法制備的納米氮化硼厚度可控，純度較高，副產物少。如何制備出高質量的納米氮化硼，并且使其走向產業化仍然是一個重點的研究方向。