中國粉體網訊 自2004年石墨烯被發現以來，由于其優異的機械、光學和電性能在材料科學領域引起了廣泛的關注。2005年，人們采用微機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、同構型的類似物，氮化硼納米片（BNNSs）同樣具有許多獨特的性能，近年來備受科學家的關注。
（圖片來源：科學畫報）
氮化硼納米片有何過人之處？
氮化硼納米片（BNNSs）是由多個六元環的硼吖嗪（borazine）所構成，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“lip-lip”作用。正是由于這些特殊的結構特性，導致BNNSs在宏觀力學性能較強，因此BNNSs結構比石墨烯更加穩定。
氮化硼納米片結構基礎
另外，與石墨烯相比，BNNSs除了具有優異的機械性能之外，還具備耐高溫、寬帶隙、更好的導熱性、更強的耐化學腐蝕等優異特性，從而使其在許多方面比石墨烯更具有發展前途。
氮化硼納米片的應用
由于BNNSs優異的性能，BNNSs在許多領域存在潛在的應用價值。
BNNSs作為無機填料添加到高分子基質中制備高分子復合材料，從而提高復合材料的機械性能、導熱性能、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在納米電子設備和紫外光發射設備上的應用取得了一定的進展。同時，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，但其優異的性能使產業界迅速看到了其在電子、半導體、新能源、功能材料、航天航海、軍工等領域可能的應用潛力，成為國內外研究熱點和競爭焦點。
氮化硼納米片的制備
機械剝離法
機械剝離法包括透明膠帶法和機械球磨法。Pacile等采用透明膠帶法制備出了二維結構的BNNS。具體過程為：將粒徑約為10μm的h-BN通過反復“黏貼”的方式進行剝離，最終可得到少層甚至只有1個原子層厚度的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，難以規模化生產。機械球磨法可用來大規模制備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。
化學氣相沉積法
化學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生化學反應，然后沉積到晶格匹配的基底上，從而得到BNNSs。CVD制備工藝技術具有簡單易行、高產、面積可控并且可以得到高品質、性能好的固體材料等優點，引發了使用CVD方法制備BNNSs材料的研究熱潮。
化學剝離法
化學剝離法是反應物在溶液中插入h-BN層層之間，并發生化學反應，利用反應生成物的自由運動克服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團聚的現象。
聲波降解法
通常直接把h-BN加在某種有機溶劑或水中，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的剝離得到穩定的BNNSs且不易團聚；若該溶劑是h-BN的不良溶劑常常會使制得的BNNSs發生團聚而無法制得高質量、高產率的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散性質和液體的溶解能力，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的結晶形態與原始的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
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的研究進展略顯緩慢。主要原因：盡管目前人們已經研究出許多BNNSs的制備方法，但是簡單有效、高產率和高質量的單層和少層BNNSs制備方法還有待開發。如何大量、低成本制備出高質量的BNNSs材料并逐步走向產業化仍是未來研究的一個重點。
參考來源：
[1]杜淼等.氮化硼納米片的制備及其應用研究進展
[2]趙迪等.氮化硼納米片制備方法研究進展
[3]白央等.超臨界流體制備氮化硼納米片的研究進展
[4]李雪雨等.氮化硼納米片/橡膠復合材料研究進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
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