氮化硼
關注創建者：熱管理博覽會 創建時間：2023-07-25
氮化硼的實例教程
氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體。化學組成為43.6%的硼和56.4%的氮，具有四種不同的變體：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼（CBN）和纖鋅礦氮化硼（WBN）。其中最常見的是立方和六方氮化硼。
1、六方氮化硼（h-BN）：其結構類似于石墨，又被稱為“白色石墨”，層狀結構使其具有優異的潤滑性、電導率和高溫穩定性，因此應用最為廣泛。h-BN主要用于潤滑劑、絕緣材料和耐火材料等領域。
2、立方氮化硼（c-BN）：其結構類似于金剛石，具有極高的硬度和熱導率。c-BN主要用于制造切割工具和磨具，廣泛應用于機械加工領域。
氮化硼具有良好的導熱性。硬度僅次于金剛石，是一種超硬材料。氮化硼具有抗化學侵蝕性質，不被無機酸和水侵蝕。在熱濃堿中硼氮鍵被斷開。1200℃以上開始在空氣中氧化。真空時約2700℃開始分解。微溶于熱酸，不溶于冷水，相對密度2.29。壓縮強度為170MPa。在氧化氣氛下最高使用溫度為900℃，而在非活性還原氣氛下可達2800℃，但在常溫下潤滑性能較差。氮化硼的大部分性能比碳素材料更優。對于六方氮化硼：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。
一、氮化硼在電子工程應用
1. 高溫電子封裝
氮化硼具有優良的熱導率和電絕緣性能，可以在高溫環境下穩定工作，因此被廣泛應用于高溫電子封裝領域。氮化硼可以作為陶瓷基板、芯片載體、散熱器等器件的封裝材料，提高了電子器件的可靠性和穩定性。
2. 電力電子散熱
在電力電子領域，高功率密度的電力電子器件會產生大量的熱量，需要有效的散熱方案來確保器件的可靠性。
展開 石墨和六方氮化硼之間的界面實驗結果證明在外部負載下保持一致的接觸，結構超潤滑存在。在異質結中所觀察到的摩擦各向異性要比在其均質部分測到的數據小幾個數量級。原子模擬也揭示了這兩種情況下的摩擦機理來自兩種完全不同的動態狀態。該成果以題為"Robust Microscale Superlubricity in Graphite/Hexagonal Boron Nitride Layered Heterojunctions"發表在Nature Mater.上。
【圖文導讀】
圖1. 實驗裝置
(a).圖示用來測量石墨和六方氮化硼之間摩擦力的實驗裝置
(b). 石墨/六方氮化硼異質結的制作過程
圖2. 石墨/六方氮化硼異質結摩擦力的旋轉各向異性
圖3. 石墨/六方氮化硼異質結摩擦力旋轉各向異性的模擬
(a).圖示模擬建模
(b).石墨/六方氮化硼異質結的模擬摩擦力和均質部分的模擬摩擦力
(c,d).角度對石墨烯COM運動中的摩擦壓力的影響
(e). 石墨/六方氮化硼異質結摩擦力的角度依賴
圖4.
展開 針對上述問題，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所張學同研究員領導的氣凝膠團隊與德國科學家合作，將實驗設計與理論計算相結合，通過溶劑組分調控氫鍵網絡，尋找到一條簡便、高效、綠色的合成路徑，成功制備得到超柔性氮化硼納米帶氣凝膠，并實現了氣凝膠材料在很寬溫度范圍內（-196 °C~1000 °C）及不同載荷沖擊形式（壓縮、彎曲、扭曲、剪切等）下的柔性保持。
研究表明，該氮化硼氣凝膠由超薄（~3.2 nm）、大長徑比（幾百）、多孔帶狀納米結構相互纏繞、搭接而成，表現出超輕（~15 mg cm-3）、熱絕緣（~0.035 W/mK）、高比表面積（~920 m2 g-1）及優異的力學性能。該氣凝膠在多次循環壓縮、扭曲、彎曲、剪切等不同載荷下，可保持結構不被破壞、且可快速恢復至原有形狀。當該氣凝膠被浸泡在液氮中，其壓縮-回彈性能仍能夠很好保持。進一步地，當氮化硼氣凝膠被放置于酒精燈火焰或高于1000 °C的管式爐（空氣氛圍）時，其穩定的力學柔性仍被完好保留，且可承受不同載荷的沖擊。上述氮化硼氣凝膠的超柔性展示如下圖所示。
圖、氮化硼納米帶氣凝膠在液氮、火焰、高溫空氣氛圍（>1000°C）下，承受不同載荷的柔性形變-回彈行為。
作者相信，獲得的超柔性氮化硼氣凝膠有望在航空航天的隔熱透波、核反應堆的核防護及熱防護等高端領域獲得實際應用。該工作以“Boron Nitride Aerogelswith Super-Flexibility Ranging from Liquid Nitrogen Temperature to 1000 °C”為題，發表在國際著名期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials, 2019,29, 1900188）上。
來源：高分子科學前沿
展開 據美國海軍研究實驗室2018年1月4日報道，美國海軍研究實驗室NRL（Naval Research Laboratory）一個由物理學家組成的科研團隊已經找到改善六方氮化硼器件光學損耗特性和傳輸效率的手段，使得制備小型激光器和納米光學器件成為可能。
六方氮化硼（h-BN）由硼和氮原子組成的原子級薄晶格組成。最新研究證明，該材料是一種可用于紅外納米光子學的光學材料，被認為是二維材料的理想襯底材料。自然界中存在的硼由原子質量相差達10%的B-10和B-11兩種同位素組成。這兩種同位素的原子質量差異使得由聲子散射造成的光學性能大量損失，進而限制了該材料的潛在應用。
為此，科研人員制備了一種同位素純度超99%的六方氮化硼樣品，該樣品幾乎完全由B-10或B-11組成。“我們已經證明，可以通過在極性半導體和介電材料中精心設計同位素來克服納米光子學固有的效率限制。”該樣品能夠顯著降低六方氮化硼的光學損耗，與天然六方氮化硼相比，光頻振動模式的傳動距離和持久性都高出多達3倍。這種振動模式不僅使得六方氮化硼樣品具有近場光學和化學傳感特性，還為開發和制備具有相似性質的其它材料提供了一種可借鑒方法。
研究人員還包括來自于加州大學圣迭戈分校（University ofCalifornia San Diego）、堪薩斯州立大學（Kansas StateUniversity）、橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)、哥倫比亞大學（ColumbiaUniversity）和范德堡大學（Vanderbilt University）的科學家。
來源：新材料技術前沿
傳播最新最全的材料科學技術，包括金屬材料成形、熱加工、陶瓷冶金，機械加工、粉末冶金、表面處理技術、熱處理、3D打印技術等相關材料科學技術。
展開 六方氮化硼(h-BN)它具有層狀結構，在平面方向上具有較高的導熱系數(600 W/m K)，而在垂直方向上具有較低的導熱系數(30 W/mK)。此外，它還具有優異的熱穩定性和化學穩定性。這種穩定性使得BN很難與其他物質發生反應。一些研究者為了增強了聚合物基體與填料之間的界面傳熱，改善了聚合物復合材料的填料分散性，降低了界面聲子損失。然而，這些對BN的表面修飾需要大量的化學物質，這促使研究人員通過改變BN的結構的方法來提高導熱性。
近年來，靜電植絨技術被應用于制備熱界面材料，在此基礎上，提出了一種新的策略，通過靜電植絨方法使BN納米片在柔性環氧基中有序排列，搭建傳熱通道。與機械混合法制備的隨機分布的氮化硼填充復合材料相比，垂直取向的氮化硼填充復合材料可以增強材料的導熱性能。
02
成果掠影
近期，中山大學化學工程與技術學院陳振興教授團隊通過靜電植絨的方法改善氮化硼納米片的排列結構從而優化材料的導熱性能取得新進展。靜電植絨組裝策略在幾個連續的層中構建了整齊排列的BN結構網絡，從而提高了復合材料的導熱系數。研究了不同h-BN用量對BN/環氧復合材料導熱性能的影響。在最高BN負載為17.6 wt%時，BN/環氧膜復合材料的導熱系數值達到0.65 W/m K，與隨機BN/聚合物(0.549 W/m K)和純環氧(0.214 W/m K)相比，分別提高了18.6%和204%。此外，BN/環氧膜具有良好的彈性體性能，斷裂伸長率仍保持在323%。此外，BN/環氧復合材料的抗拉強度遠高于隨機BN/環氧，分別為7.67、1.0和1.59 MPa。本文提出了一種制備高性能復合材料的新方法，為熱界面材料的制備提供了一種新的策略。
展開 
氮化硼的最新內容
展覽時間：
2026年6月10日（周三） / 9:00-17:00
2026年6月11日（周四） / 9:00-17:00
2026年6月12日（周五） / 9:00-15:30
展覽地點：
深圳國際會展中心14號館（寶安新館）
（深圳市寶安區福海街道展城路1號）
◆ 展品范圍
導熱填料：無機非金屬：氧化鋁、氧化硅、氧化鋅、氮化硼、氮化鋁、氮化硅
█展品范圍：
工業鉆石、超硬材料及制品展區
1、工業鉆石應用端：培育鉆石、金剛石晶體、金剛石復合材料、金剛石微粉及磨料、金剛線、金剛石薄膜和厚膜 /DLC 涂層、氧化鋁、石墨負極材料、硅碳負極、碳納米管、碳納米管纖維、碳纖維及碳纖維復合材料、炭/炭復合材料、活性炭、超級電容炭、多孔碳、碳氣凝膠、碳分子篩、碳化硅半導體材料、富勒烯、立方氮化硼及其微粉、PDC、PCD、PCBN、CVD 金剛石、
氮化硼在電子工程，冶金及激光技術中的應用11個月前
氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體。化學組成為43.6%的硼和56.4%的氮，具有四種不同的變體：六方氮化硼（HBN)、菱方氮化硼（RBN）、立方氮化硼（CBN）和纖鋅礦氮化硼（WBN）。其中最常見的是立方和六方氮化硼。
1、六方氮化硼（h-BN）：其結構類似于石墨，又被稱為“白色石墨”，層狀結構使其具有優異的潤滑性、電導率和高溫穩定性，因此應用最為廣泛。
兼容具有不同軟化點（300°C 至 1,000°C）和介電顆粒（二氧化鈦、氧化鋅、氮化硼）的幾種不同玻璃組合。
可以摻入無機染料以產生粉紅色、綠色和黃色，同時保持 90% 至 95% 的太陽反射率特性。
“這是一項改變游戲規則的技術，它簡化了我們保持建筑物涼爽和節能的方式，”第一作者、馬里蘭大學助理研究科學家趙新鵬在大學新聞稿中總結道。
其中目前應用較多的導熱填料可分為金屬顆粒、氧化物、氮化物（氮化硼、氮化鋁等）以及碳材料。
從市場格局來看，液冷氟化液海外相關供應商主要有3M、蘇威、旭硝子等，國內相關企業有巨化股份、純鈞新材等。
本文采用“高溫固相&重氮鹽分解”法制備了聯苯胺功能化氮化硼(m-BN)。隨后，通過溶膠-凝膠膜轉化法制備了m-BN/聚(苯并苯并異惡唑)納米纖維(PNF)納米復合紙。由于m-BN和PNF之間存在廣泛的氫鍵和π -π相互作用，以及穩定的模擬納米層狀結構，所獲得的m-BN/PNF納米復合紙具有優異的導熱性、令人難以置信的電絕緣性、出色的機械性能和熱穩定性。
由于氮化硼納米管(BNNT)的固有特性，將其同化到復合材料中顯示出巨大的熱性能增強潛力。然而，BNNT的范德華力和疏水性導致其與聚合物基體的界面不相容，極大地阻礙了其實際應用。這引發了分散困境和BNNT在聚合物基體中的后續團聚，這極大地阻礙了聚合物復合材料的熱性能。在這方面，我們在這里提出了一個簡單的BNNT修改策略;通過溫和的超聲過程在BNNT表面沉積PAA。
六方氮化硼(BN)由于其高導熱系數(面內TC ~400 W/mK與金屬一樣高，面外TC ~30 W/mK)、優異的電絕緣性能和高質量的量產性而成為一種很有前途的導熱填料。利用氮化硼薄片在聚合物中獲得高度垂直定向的氮化硼結構的方法有多種，如電場、磁場、膨脹流輔助方法、3D打印法、疊切法、凍鑄法。然而，BN片的垂直取向度較差，限制了BN-聚合物復合材料的面外導熱系數。
本文制備了聚二甲基硅氧烷/石蠟/氮化硼(PDMS/PW/BN)相變復合材料。首先通過刮削獲得BN沿平面(x-y方向)的排列，然后通過熱壓縮和滾切誘導BN沿平面(z方向)排列。因此，PW被交聯的PDMS/BN網絡包裹，從而形成與天然木材相似的年輪結構。年輪結構有效地避免了PW的液體泄漏，從而顯示出高達98%的高尺寸保留率。
這樣的散熱器必須具有高導熱性，但它們通常必須是電絕緣體，以防止組件之間的干擾，因此只有少數材料（如氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)和金剛石）才具有這些特性。
AlN由于其大帶隙(約6.1 eV)和優異導熱系數而引起了人們的廣泛關注。事實上，AlN薄膜的熱導率已被證明為數百和幾微米厚，但這種薄膜通常在1200°C以上沉積。
