氮化硼的案例
氮化硼在電子工程，冶金及激光技術(shù)中的應(yīng)用
氮化硼是由氮原子和硼原子所構(gòu)成的晶體。化學(xué)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(jiàn)的是立方和六方氮化硼。
1、六方氮化硼（h-BN）：其結(jié)構(gòu)類似于石墨，又被稱為“白色石墨”，層狀結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的潤(rùn)滑性、電導(dǎo)率和高溫穩(wěn)定性，因此應(yīng)用最為廣泛。h-BN主要用于潤(rùn)滑劑、絕緣材料和耐火材料等領(lǐng)域。
2、立方氮化硼（c-BN）：其結(jié)構(gòu)類似于金剛石，具有極高的硬度和熱導(dǎo)率。c-BN主要用于制造切割工具和磨具，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工領(lǐng)域。
氮化硼具有良好的導(dǎo)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(xué)侵蝕性質(zhì)，不被無(wú)機(jī)酸和水侵蝕。在熱濃堿中硼氮鍵被斷開(kāi)。1200℃以上開(kāi)始在空氣中氧化。真空時(shí)約2700℃開(kāi)始分解。微溶于熱酸，不溶于冷水，相對(duì)密度2.29。壓縮強(qiáng)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(dá)2800℃，但在常溫下潤(rùn)滑性能較差。氮化硼的大部分性能比碳素材料更優(yōu)。對(duì)于六方氮化硼：摩擦系數(shù)很低、高溫穩(wěn)定性很好、耐熱震性很好、強(qiáng)度很高、導(dǎo)熱系數(shù)很高、膨脹系數(shù)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(yīng)用
1. 高溫電子封裝
氮化硼具有優(yōu)良的熱導(dǎo)率和電絕緣性能，可以在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，因此被廣泛應(yīng)用于高溫電子封裝領(lǐng)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(wěn)定性。
2. 電力電子散熱
在電力電子領(lǐng)域，高功率密度的電力電子器件會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，需要有效的散熱方案來(lái)確保器件的可靠性。
展開(kāi) .: 石墨和六方氮化硼層狀異質(zhì)結(jié)的微米尺度超潤(rùn)滑
石墨和六方氮化硼之間的界面實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在外部負(fù)載下保持一致的接觸，結(jié)構(gòu)超潤(rùn)滑存在。在異質(zhì)結(jié)中所觀察到的摩擦各向異性要比在其均質(zhì)部分測(cè)到的數(shù)據(jù)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。原子模擬也揭示了這兩種情況下的摩擦機(jī)理來(lái)自兩種完全不同的動(dòng)態(tài)狀態(tài)。該成果以題為"Robust Microscale Superlubricity in Graphite/Hexagonal Boron Nitride Layered Heterojunctions"發(fā)表在Nature Mater.上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. 實(shí)驗(yàn)裝置
(a).圖示用來(lái)測(cè)量石墨和六方氮化硼之間摩擦力的實(shí)驗(yàn)裝置
(b). 石墨/六方氮化硼異質(zhì)結(jié)的制作過(guò)程
圖2. 石墨/六方氮化硼異質(zhì)結(jié)摩擦力的旋轉(zhuǎn)各向異性
圖3. 石墨/六方氮化硼異質(zhì)結(jié)摩擦力旋轉(zhuǎn)各向異性的模擬
(a).圖示模擬建模
(b).石墨/六方氮化硼異質(zhì)結(jié)的模擬摩擦力和均質(zhì)部分的模擬摩擦力
(c,d).角度對(duì)石墨烯COM運(yùn)動(dòng)中的摩擦壓力的影響
(e). 石墨/六方氮化硼異質(zhì)結(jié)摩擦力的角度依賴
圖4.
展開(kāi) 液氮、1000 °C下能夠保持超柔性的氮化硼納米帶氣凝膠
針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張學(xué)同研究員領(lǐng)導(dǎo)的氣凝膠團(tuán)隊(duì)與德國(guó)科學(xué)家合作，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與理論計(jì)算相結(jié)合，通過(guò)溶劑組分調(diào)控氫鍵網(wǎng)絡(luò)，尋找到一條簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)了氣凝膠材料在很寬溫度范圍內(nèi)（-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(zhǎng)徑比（幾百）、多孔帶狀納米結(jié)構(gòu)相互纏繞、搭接而成，表現(xiàn)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(yōu)異的力學(xué)性能。該氣凝膠在多次循環(huán)壓縮、扭曲、彎曲、剪切等不同載荷下，可保持結(jié)構(gòu)不被破壞、且可快速恢復(fù)至原有形狀。當(dāng)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(jìn)一步地，當(dāng)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(shí)，其穩(wěn)定的力學(xué)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(yīng)堆的核防護(hù)及熱防護(hù)等高端領(lǐng)域獲得實(shí)際應(yīng)用。該工作以“Boron Nitride Aerogelswith Super-Flexibility Ranging from Liquid Nitrogen Temperature to 1000 °C”為題，發(fā)表在國(guó)際著名期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials, 2019,29, 1900188）上。
來(lái)源：高分子科學(xué)前沿
展開(kāi) 美科學(xué)家成功制備出由單一同位素組成的六方氮化硼
據(jù)美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室2018年1月4日?qǐng)?bào)道，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室NRL（Naval Research Laboratory）一個(gè)由物理學(xué)家組成的科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到改善六方氮化硼器件光學(xué)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(xué)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(jí)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(xué)的光學(xué)材料，被認(rèn)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(zhì)量相差達(dá)10%的B-10和B-11兩種同位素組成。這兩種同位素的原子質(zhì)量差異使得由聲子散射造成的光學(xué)性能大量損失，進(jìn)而限制了該材料的潛在應(yīng)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(jīng)證明，可以通過(guò)在極性半導(dǎo)體和介電材料中精心設(shè)計(jì)同位素來(lái)克服納米光子學(xué)固有的效率限制。”該樣品能夠顯著降低六方氮化硼的光學(xué)損耗，與天然六方氮化硼相比，光頻振動(dòng)模式的傳動(dòng)距離和持久性都高出多達(dá)3倍。這種振動(dòng)模式不僅使得六方氮化硼樣品具有近場(chǎng)光學(xué)和化學(xué)傳感特性，還為開(kāi)發(fā)和制備具有相似性質(zhì)的其它材料提供了一種可借鑒方法。
研究人員還包括來(lái)自于加州大學(xué)圣迭戈分校（University ofCalifornia San Diego）、堪薩斯州立大學(xué)（Kansas StateUniversity）、橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)、哥倫比亞大學(xué)（ColumbiaUniversity）和范德堡大學(xué)（Vanderbilt University）的科學(xué)家。
來(lái)源：新材料技術(shù)前沿
傳播最新最全的材料科學(xué)技術(shù)，包括金屬材料成形、熱加工、陶瓷冶金，機(jī)械加工、粉末冶金、表面處理技術(shù)、熱處理、3D打印技術(shù)等相關(guān)材料科學(xué)技術(shù)。
展開(kāi) 
通過(guò)靜電植絨輔助定向氮化硼片提高熱界面材料的導(dǎo)熱性
六方氮化硼(h-BN)它具有層狀結(jié)構(gòu)，在平面方向上具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)(600 W/m K)，而在垂直方向上具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)(30 W/mK)。此外，它還具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。這種穩(wěn)定性使得BN很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。一些研究者為了增強(qiáng)了聚合物基體與填料之間的界面?zhèn)鳠幔纳屏司酆衔飶?fù)合材料的填料分散性，降低了界面聲子損失。然而，這些對(duì)BN的表面修飾需要大量的化學(xué)物質(zhì)，這促使研究人員通過(guò)改變BN的結(jié)構(gòu)的方法來(lái)提高導(dǎo)熱性。
近年來(lái)，靜電植絨技術(shù)被應(yīng)用于制備熱界面材料，在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的策略，通過(guò)靜電植絨方法使BN納米片在柔性環(huán)氧基中有序排列，搭建傳熱通道。與機(jī)械混合法制備的隨機(jī)分布的氮化硼填充復(fù)合材料相比，垂直取向的氮化硼填充復(fù)合材料可以增強(qiáng)材料的導(dǎo)熱性能。
02
成果掠影
近期，中山大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院陳振興教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)靜電植絨的方法改善氮化硼納米片的排列結(jié)構(gòu)從而優(yōu)化材料的導(dǎo)熱性能取得新進(jìn)展。靜電植絨組裝策略在幾個(gè)連續(xù)的層中構(gòu)建了整齊排列的BN結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。研究了不同h-BN用量對(duì)BN/環(huán)氧復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的影響。在最高BN負(fù)載為17.6 wt%時(shí)，BN/環(huán)氧膜復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)值達(dá)到0.65 W/m K，與隨機(jī)BN/聚合物(0.549 W/m K)和純環(huán)氧(0.214 W/m K)相比，分別提高了18.6%和204%。此外，BN/環(huán)氧膜具有良好的彈性體性能，斷裂伸長(zhǎng)率仍保持在323%。此外，BN/環(huán)氧復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)高于隨機(jī)BN/環(huán)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(fù)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(kāi) 石墨烯與六方氮化硼合作變身獨(dú)特“培養(yǎng)皿”
斯特大學(xué)和英國(guó)國(guó)家石墨烯研究所的研究人員最近展示了一項(xiàng)新成果——將石墨烯和六方氮化硼合成一種類似培養(yǎng)皿的物質(zhì)，可用于觀察液體中的納米材料。
掃描/透射電子顯微鏡 (S/TEM) 是僅有的幾種允許對(duì)單個(gè)原子進(jìn)行成像和分析的技術(shù)之一。然而，S/TEM儀器需要高真空來(lái)保護(hù)電子源，防止電子從分子的相互作用中散射。一些研究已經(jīng)表明，在常溫真空環(huán)境下，功能材料的結(jié)構(gòu)與在液體環(huán)境中有很大的區(qū)別。因此為了分析各種狀態(tài)下的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，找出合適的方法是很有必要的。
英國(guó)國(guó)家石墨烯研究所和曼徹斯特大學(xué)材料學(xué)院的研究小組已經(jīng)證明，將石墨烯和六方氮化硼可以結(jié)合在一起，可以制造出一種完美的納米“培養(yǎng)皿”。它能讓包含在內(nèi)的液體樣品以單原子的精度成像，而且還可以檢測(cè)它們的元素成分。這些石墨烯液體容器（EGLC）是用2D材料制備的：由一個(gè)氮化硼（BN）的帶孔密封圈（液體包含在內(nèi)）和兩側(cè)的石墨烯封裝而成。
研究小組解釋，石墨烯是一種極佳的基片材料，足以保護(hù)樣品不受高真空環(huán)境的影響，但同時(shí)也足夠薄使得電子束的分辨率不會(huì)受到影響。該研究的主要作者丹尼爾凱利說(shuō):“與以往的設(shè)計(jì)不同，我們的石墨烯液體容器可以讓我們?cè)趲追昼妰?nèi)看到原子的成像。我們甚至能夠在水中分辨出單個(gè)原子，并觀察它們?cè)陔娮邮绿琛！?而且這種新的石墨烯液體容器在元素分析上質(zhì)量會(huì)大大提高。研究人員曾經(jīng)對(duì)一種以黃金為核心的1nm鐵殼層沉積進(jìn)行研究并培育這種具有核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子。這種能在微小尺度上觀察物料粒子的新型檢測(cè)方法，對(duì)復(fù)雜化學(xué)結(jié)構(gòu)的高性能納米粒子的檢測(cè)分析是非常有幫助。
來(lái)源：新材料技術(shù)前沿
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展開(kāi) 一種具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能的石墨烯/氮化硼復(fù)合薄膜
采用氧化鋁、石墨烯(G)、碳化硅和六方氮化硼(h-BN)等多種導(dǎo)電填料增強(qiáng)聚合物基體的導(dǎo)熱系數(shù)。其中，氮化硼納米片(BNNSs, 導(dǎo)熱系數(shù)為400.0 W/(m K)，楊氏模量為865 (GPa)是典型的二維材料，因其低滲透閾值和高縱橫比而備受關(guān)注。然而，由于隨機(jī)分散的BNNSs或部分定向的BNNSs無(wú)法將其各向異性的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最高水平，復(fù)合膜通常表現(xiàn)出中等的導(dǎo)熱系數(shù)，與理論預(yù)測(cè)相差甚遠(yuǎn)。因此，高導(dǎo)熱系數(shù)的氮化硼基柔性聚合物薄膜的制備仍是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
02
成果掠影
近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的虞錦洪教授、香港理工大學(xué)徐林麗教授和中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李勇教授取得新進(jìn)展。本文提出了一種基于燃燒合成技術(shù)的快速高產(chǎn)方法，將BNNSs與石墨烯(G)緊密結(jié)合作為雜化填料，將G原位生長(zhǎng)在BNNSs的表面和層間，形成特殊的G@BNNS異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。由G@BNNS填料和纖維素納米纖維(CNF)基質(zhì)經(jīng)過(guò)濾制成的可折疊導(dǎo)熱復(fù)合薄膜，其面內(nèi)和面外導(dǎo)熱系數(shù)分別為125.0和2.1 W/(mK)。如此高的導(dǎo)熱系數(shù)是由于G與BNNSs的作用降低了界面熱阻。利用該復(fù)合薄膜作為散熱片，可以在大功率LED器件中有效地進(jìn)行高功率條件下的多次循環(huán)散熱，并且可以在平面方向上均勻散熱。研究結(jié)果表明，G@BNNS/CNF薄膜既能滿足現(xiàn)代電子器件的維護(hù)性能，又能滿足熱管理的散熱要求。
展開(kāi) ：通過(guò)六方氮化硼隧穿觸頭介導(dǎo)的2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的本征輸運(yùn)
Dravid（通訊作者）的團(tuán)隊(duì)在 Nano Lett.發(fā)表了題為Intrinsic Transport in 2D Heterostructures Mediated through h-BN Tunneling Contacts的文章，應(yīng)用六方氮化硼（h-BN）隧道接觸方案來(lái)探測(cè)通過(guò)化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的橫向TMD異質(zhì)結(jié)的特征。首先通過(guò)掃描光電流顯微鏡來(lái)測(cè)量穿過(guò)連接點(diǎn)的電子特性，然后闡明光電子產(chǎn)生機(jī)制。這項(xiàng)工作是第一次將這種封裝方案應(yīng)用于橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并作為未來(lái)電子材料測(cè)量的參考。同時(shí)它也是一個(gè)框架，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子傳輸特性，并更好地為未來(lái)的器件架構(gòu)提供信息。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1：MoS2 / WS2橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)
a: 固定費(fèi)米能級(jí)在界面處導(dǎo)致肖特基勢(shì)壘的示意圖；
b: 通過(guò)六方氮化硼隧道層啟用的歐姆接觸的示意圖；
c: MoS2/ WS2橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子模型；
d: 化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖；
e: 封裝異質(zhì)結(jié)器件的示意圖。
圖2 ：MoS2 / WS2橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的表征
a: 橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的拉曼圖；
b: 來(lái)自單個(gè)材料的拉曼光譜；
c: 光致發(fā)光圖；
d: 單個(gè)材料的光致發(fā)光光譜
e: 橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡圖；
f: 部分e中白色虛線上的原子力顯微鏡高度剖面圖；
g: 橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)的二次離子質(zhì)譜（SIMS）圖譜。
展開(kāi) 氮化硼納米片增強(qiáng)聚乙烯熱界面材料
因此，許多研究開(kāi)發(fā)了LDPE與六方氮化硼納米片(BNNS)相結(jié)合的高導(dǎo)熱復(fù)合材料，以在熔體粘附過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)熱和形狀穩(wěn)定。然而，較強(qiáng)的化學(xué)鍵和強(qiáng)的范德華力會(huì)導(dǎo)致BNNS與LDPE的相容性較低，從而導(dǎo)致BNNS與LDPE界面處的相分離和重新聚集。因此，由于這些問(wèn)題引起的熱阻增加，這可能會(huì)大大降低制備好的BNNS/LDPE復(fù)合材料的熱導(dǎo)率。如何解決BNNS與LDPE界面熱阻的問(wèn)題是合成TIMs材料的關(guān)鍵問(wèn)題。
02
成果掠影
韓國(guó)的Joong Hee Lee教授 和Ok-Kyung Park教授聯(lián)合在關(guān)于BNNS/LDPE聚合物復(fù)合材料的界面熱阻問(wèn)題方向取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種有效的合成方法，通過(guò)與短PE鏈支化氮化硼納米片(BNNS)雜化制備低密度聚乙烯(LDPE)基多功能復(fù)合材料，用于高性能熱熔膠(HMA)型熱界面材料(TIM)。為了提高BNNS/LDPE的熱力學(xué)性能，通過(guò)硝基偶聯(lián)反應(yīng)，對(duì)BNNS表面進(jìn)行了短PE鏈(PE-g-BNNS)的改性，提高了BNNS與LDPE之間的界面結(jié)合力。
結(jié)果表明，與BNNS/LDPE相比，PE-g-BNNS /LDPE的平面導(dǎo)熱系數(shù)提高了22%，垂直面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)提高了66%。與純LDPE相比，其熱輻射性能也提高了約11%。此外，與純LDPE相比，PE-g-BNNNS /LDPE的抗拉強(qiáng)度提高了66%，模量提高了350%，表明PE-g-BNNNS /LDPE可以作為TIM來(lái)滿足高科技電子器件的應(yīng)用要求。
展開(kāi) 一種定向排列的三維氮化硼聚合物復(fù)合熱界面材料
六方氮化硼(BN)是一種二維片層陶瓷材料，其面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)約為300 W/mK，面外導(dǎo)熱系數(shù)為30 W/mK。良好的電絕緣性使BN在電子設(shè)備的熱管理應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，由于填料與聚合物基體之間存在較大的界面熱阻，采用傳統(tǒng)的直接共混方法得到的填料/聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)通常不理想。在聚合物復(fù)合材料中構(gòu)建三維連續(xù)導(dǎo)熱填充網(wǎng)絡(luò)已被證明是降低界面熱阻和促進(jìn)聲子快速傳輸?shù)挠行Р呗裕咽艿綇V泛關(guān)注。
此外，BN在整個(gè)聚合物中的垂直排列可以進(jìn)一步充分利用BN良好的面內(nèi)導(dǎo)熱性，使復(fù)合材料的縱向?qū)嵝燥@著增強(qiáng)，以滿足TIMs高效垂直散熱的需求。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)填料的垂直對(duì)齊，例如3D打印，外場(chǎng)控制，冰模板法等。通過(guò)定向凍結(jié)，填料沿著冰晶生長(zhǎng)方向排列，形成三維互聯(lián)的垂直排列骨架，顯著增強(qiáng)了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。因此，開(kāi)發(fā)一種更簡(jiǎn)單、更具成本效益的冰模板工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)BN的遠(yuǎn)距離垂直有序排列，從而促進(jìn)高性能TIMs的規(guī)模化生產(chǎn)是非常必要的。
02
成果掠影
近期，中國(guó)石油大學(xué)李永峰老師和中航工業(yè)制造技術(shù)研究所王曉白老師再開(kāi)發(fā)優(yōu)異導(dǎo)熱性的熱界面材料方向取得新進(jìn)展。本文提出了一種簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的冰模板方法，通過(guò)單寧酸修飾的BN (BN- TA)直接自組裝形成垂直排列的納米支架，無(wú)需額外的粘合劑和后處理。研究了BN漿濃度和BN/TA比對(duì)三維骨架形貌的影響。真空浸漬法制備的聚二甲基硅氧烷(PDMS)復(fù)合材料在填充率為18.7 vol%的情況下獲得了3.8 W/mK的高面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)，分別比原始PDMS和隨機(jī)分布BN-TA的PDMS復(fù)合材料高2433%和100%。有限元分析結(jié)果從理論上證明了高度縱向有序的BN-TA三維骨架在軸向傳熱中的優(yōu)越性。
展開(kāi) 用于提高熱管理能力的高導(dǎo)熱且電絕緣的聚合物/氮化硼納米片納米復(fù)合薄膜
本文報(bào)告了含有定向氮化硼納米片（BNNS）的先進(jìn)聚合物納米復(fù)合材料，其表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性，優(yōu)異的電絕緣性和出色的柔韌性。這些納米復(fù)合薄膜可以通過(guò)靜電紡絲聚合物/BNNS納米復(fù)合纖維，垂直折疊電紡納米復(fù)合纖維，經(jīng)壓制而構(gòu)建。納米復(fù)合薄膜在33wt％BNNS負(fù)載量時(shí)具有超高的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)。此外，與原始聚合物相比，納米復(fù)合膜具有優(yōu)異的電絕緣性能，例如低的介電損耗，較高的電阻率和擊穿強(qiáng)度。在電源器件中證明了納米復(fù)合薄膜的強(qiáng)大熱管理能力，這表明了管理高功率密度電子設(shè)備的熱平面內(nèi)高導(dǎo)熱性的重要性。
【成果簡(jiǎn)介】
導(dǎo)熱且電絕緣的聚合物材料已廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管（LED）、集成電子器件、能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，軍事武器和航空航天工業(yè)中，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臒峁芾怼ｋS著電氣系統(tǒng)和電子設(shè)備的快速性能演進(jìn)，傳統(tǒng)的聚合物復(fù)合材料不能滿足熱管理的高要求。因?yàn)榫酆衔锊牧想m具有優(yōu)異的電絕緣性能，靈活性和設(shè)計(jì)自由度，但低固有導(dǎo)熱率限制了它們?cè)跓峁芾碇械倪m用性。因此，結(jié)合聚合物的優(yōu)點(diǎn)和填料的高導(dǎo)熱性的復(fù)合材料被認(rèn)為是理想的解決方案。其中，六方氮化硼納米片（BNNS）由于具有超高導(dǎo)熱性，寬帶隙（約5.9 eV）和高縱橫比2D形態(tài)，是有前途的導(dǎo)熱填料。
近期，來(lái)自上海交通大學(xué)的上海交通大學(xué)江平開(kāi)教授團(tuán)隊(duì)在ACS Nano上發(fā)表了一篇題為“Highly Thermally Conductive Yet Electrically Insulating Polymer/Boron Nitride Nanosheets Nanocomposite Films for Improved Thermal Management Capability”的文章。
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文獻(xiàn)速覽——BN 傳導(dǎo)材料
關(guān)鍵詞
： 二維電子學(xué), 高效熱管理, 雙六方氮化硼封裝, 超高界面熱導(dǎo)率
小。
總結(jié)：該文通過(guò)在不同的激光功率和溫度下對(duì)懸浮和溶解支撐的hBN/M X 2 /hBN異質(zhì)結(jié)的拉曼光譜測(cè)量，設(shè)置了垂直于中的面外界面熱導(dǎo)。M X 2與hBN之間的界面熱導(dǎo)達(dá)到74±25 MW/ mK，比非封裝結(jié)構(gòu)MX2的界面熱導(dǎo)至少高10倍。
摘要： 散熱是高性能電子產(chǎn)品的主要限制。這對(duì)于由超薄層、異質(zhì)結(jié)構(gòu)和界面組成的新興納米電子器件尤其重要，其中非常需要增強(qiáng)熱傳輸。此處，采用夾在兩個(gè)六方氮化硼 (hBN) 層之間的單層過(guò)渡金屬二硫化物 M X 2 (Mo S 2、W Se 2、W S 2 ) 封裝的范德華 (vdW) 異質(zhì)結(jié)構(gòu)中具有超高界面熱導(dǎo)被報(bào)道。通過(guò)拉曼光譜測(cè)量懸浮和基底支撐的 hBN/M X 2/hBN異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有不同的激光功率和溫度，垂直堆疊中的面外界面熱導(dǎo)率被校準(zhǔn)。測(cè)得M X 2與hBN之間的界面熱導(dǎo)達(dá)到74±25 MW/mK，比M X 2 的界面熱導(dǎo)至少高出十倍 在非封裝結(jié)構(gòu)中。分子動(dòng)力學(xué) (MD) 計(jì)算驗(yàn)證并解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明六方氮化硼層的完全封裝是造成高界面電導(dǎo)的原因。這種超高的界面熱導(dǎo)率歸因于兩種結(jié)晶二維材料之間的雙傳熱路徑和干凈且緊密的 vdW 界面。這項(xiàng)研究的結(jié)果揭示了六方氮化硼/M X 2 /六方氮化硼結(jié)構(gòu)中的新熱傳輸機(jī)制，并為構(gòu)建具有增強(qiáng)熱管理功能的新型六方氮化硼封裝納米電子器件提供了線索。
09
牛浩亭,張毅,肖光,等.
球形氧化鋁與二維氮化硼片互連制備準(zhǔn)各向同性導(dǎo)熱復(fù)合材料[J].
稀有金屬。
展開(kāi) 除了金剛石，你還知道哪些超硬材料？
碳材料以其優(yōu)異出 眾的性能被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是在國(guó)家戰(zhàn)略 性新興產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，石墨烯及碳納米材料、碳纖維 及其復(fù)合材料、金剛石、碳基薄膜和傳統(tǒng)碳材料（炭 黑、多孔碳、石墨、特種石墨等）在鋰電、電容器、儲(chǔ)能、 光伏、半導(dǎo)體、光電顯示、５Ｇ 通訊、傳感器、通用航空、 未來(lái)交通、高端裝備等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊
2、cBN的結(jié)構(gòu)與性能
立方氮化硼（cBN）是第二大品種的超硬材料。氮化硼的化學(xué)結(jié)構(gòu)式是 BN，由硼元素和氮元素兩種元素組成。氮化硼具有四種不同的晶體結(jié)構(gòu)，主要有六方氮化硼（hBN）、立方氮化硼（cBN）、菱方氮化硼 （rBN）和密集六方氮化硼（wBN）。其 中 hBN 和 rBN 中 氮原子和硼原子以 SP2 方式雜 化 ， 而 cBN 和 wBN 中 氮原子和硼原子以 SP3 方式雜 化。
某公司幾種不同牌號(hào)的cBN單晶（來(lái)源于該企業(yè)網(wǎng)站）
cBN 的硬度略低于金剛石， 顏色多樣，晶體顏色與所含雜質(zhì)種類、 數(shù)量有關(guān)。cBN 具有獨(dú)特的光電特性， 合成大尺寸、高質(zhì)量 cBN 單晶是獲得功能器件應(yīng)用的必然選擇，可是 cBN 晶體的大尺寸化遠(yuǎn)沒(méi)有金剛石做得成功，這也許是因?yàn)楹铣纱箢w粒cBN的條件更苛刻，其應(yīng)用也沒(méi)有找到合適領(lǐng)域的緣故。
超硬材料的應(yīng)用
1、超硬材料制品的主要品種
超硬材料及其制品工具在工業(yè)中已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，不僅解決了用傳統(tǒng)工具無(wú)法加工或難以加工的難題，還明顯提高了傳統(tǒng)加工效率，明顯降低消耗及廢物排放。
幾種超硬材料制品及工具（a.刀片；b.砂輪；c.鋸片；d.鉆頭）
超硬材料制品及工具主要品種有鋸切工具、 磨具（包括固結(jié)磨具、涂附磨具和松散磨具）、切削刀 具、鉆探工具、修整工具、拉絲模具、其他工具及不同 的功能元器件。
展開(kāi) 研究 \\ 氮化硼高度垂直排列取向的橡膠基高性能導(dǎo)熱復(fù)合材料
六方氮化硼(BN)作為導(dǎo)熱填料在TIM中得到了廣泛的關(guān)注，因?yàn)樗哂泻芨叩膶?dǎo)熱性和電絕緣性，特別是單個(gè)BN微板的400 W/mK面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)(λ∥)為了充分利用BN的優(yōu)秀面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)，二維填料的垂直排列方法得到人們的關(guān)注，但與平行取向片狀填料相比，通常需要更復(fù)雜的工藝或特殊的設(shè)備。
目前，制造垂直取向的主流方法是冷凍鑄造和在填料表面植入磁性納米顆粒后進(jìn)行垂直磁感應(yīng)。最近，文獻(xiàn)報(bào)道了一種新的堆焊方法，具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，可以以類似于“放置積木”的方式有效地構(gòu)建所需的微觀結(jié)構(gòu)。得益于這種簡(jiǎn)單的方法，一些有效的平行定向技術(shù)已開(kāi)始用于制造片狀填料的垂直排列，如雙輥剪切和帶式鑄造。在所有的取向技術(shù)中，熱壓工藝是操作最簡(jiǎn)單，應(yīng)用最廣泛，成型規(guī)模最大，尤其是取向效果最好的。但是，這種定向技術(shù)尚未報(bào)道用于建造垂直排列結(jié)構(gòu)。
為了利用BN中高效的面內(nèi)熱傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)TIMs的高面外導(dǎo)熱系數(shù)，BN填充材料中的熱壓工藝和堆疊焊接方法的合作對(duì)于垂直排列的納米模擬結(jié)構(gòu)可能是可行的。堆焊過(guò)程中，對(duì)熱壓薄膜的性能要求是具有較高的可焊性和高溫下的形狀穩(wěn)定性。然而，熱壓薄膜同時(shí)具有這兩種特性是具有挑戰(zhàn)性的。將動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵集成到化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中以制造聚合物基體，提供了一種在高溫下苛刻的可焊性和形狀穩(wěn)定性之間取得平衡的方法。
02
成果掠影
近期，北京化工大學(xué)先進(jìn)彈性體中心盧詠來(lái)教授和李京超老師在TIMs的設(shè)計(jì)和制備取得了一種新的進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)報(bào)告了一種結(jié)合熱壓取向和堆焊工藝的新方法，該方法基于動(dòng)態(tài)硼酸酯鍵交聯(lián)的聚丁二烯(BR)橡膠基體，并通過(guò)熱壓法實(shí)現(xiàn)了BN的高度取向。由于動(dòng)態(tài)交聯(lián)BR的重排機(jī)制及其優(yōu)異的可再加工性，成功完成了后續(xù)的焊接工藝，制備出高垂直排列的BN/BR復(fù)合材料（VAC）。
展開(kāi) 除了金剛石，你還知道哪些超硬材料？
2、cBN的結(jié)構(gòu)與性能
立方氮化硼（cBN）是第二大品種的超硬材料。氮化硼的化學(xué)結(jié)構(gòu)式是 BN，由硼元素和氮元素兩種元素組成。氮化硼具有四種不同的晶體結(jié)構(gòu)，主要有六方氮化硼（hBN）、立方氮化硼（cBN）、菱方氮化硼 （rBN）和密集六方氮化硼（wBN）。其 中 hBN 和 rBN 中 氮原子和硼原子以 SP2 方式雜 化 ， 而 cBN 和 wBN 中 氮原子和硼原子以 SP3 方式雜化。
cBN 的硬度略低于金剛石， 顏色多樣，晶體顏色與所含雜質(zhì)種類、 數(shù)量有關(guān)。cBN 具有獨(dú)特的光電特性， 合成大尺寸、高質(zhì)量 cBN 單晶是獲得功能器件應(yīng)用的必然選擇，可是 cBN 晶體的大尺寸化遠(yuǎn)沒(méi)有金剛石做得成功，這也許是因?yàn)楹铣纱箢w粒cBN的條件更苛刻，其應(yīng)用也沒(méi)有找到合適領(lǐng)域的緣故。
超硬材料的應(yīng)用
1、超硬材料制品的主要品種
超硬材料及其制品工具在工業(yè)中已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，不僅解決了用傳統(tǒng)工具無(wú)法加工或難以加工的難題，還明顯提高了傳統(tǒng)加工效率，明顯降低消耗及廢物排放。
幾種超硬材料制品及工具（a.刀片；b.砂輪；c.鋸片；d.鉆頭）
超硬材料制品及工具主要品種有鋸切工具、 磨具（包括固結(jié)磨具、涂附磨具和松散磨具）、切削刀 具、鉆探工具、修整工具、拉絲模具、其他工具及不同 的功能元器件。
2、天然鉆石和人造鉆石
（1）天然鉆石
采用天然金剛石得到的鉆石稱天然鉆石。天然鉆石璀璨、華麗、稀有、珍貴，被人們 視為珍愛(ài)之物。有一句廣告語(yǔ)“鉆石恒久遠(yuǎn)，一顆永流傳”在我國(guó)婦孺皆知。
天然金剛石除用作為飾品以外，更多的是工業(yè)應(yīng)用。
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