当碳的“左邻右舍”搞在一起，会发生什么？

碳家族诞生了很多神奇的材料，金刚石、石墨烯、碳纤维......

而在元素周期表上，紧靠碳的两种元素是硼和氮，可称得上是碳的左邻右舍，当这两种元素碰到一起会擦出怎样耀眼的火花？

四种氮化硼问世

氮元素和硼元素组成的化合物叫氮化硼（BN），有４种结构，分别为六方氮化硼（h-BN）、立方氮化硼（c-BN）、菱方氮化硼（r-BN）、纤锌矿氮化硼（w-BN），每种晶体结构对应的性能有部分差异。

其中，c-BN和h-BN在日常生产、生活中应用广泛，且已可工业化生产。

立方氮化硼是由B和N原子以sp3杂化方式形成的四面体晶体，它展现出高密度和高硬度的特点，c-BN与金刚石被认为是仅有的两种超硬材料。

六方氮化硼的应用

六方氮化硼是石墨的等电子体，具有与石墨相似的sp2杂化层状结构，h-BN层内的B-N键键能比石墨的C-C键更强，h-BN与石墨一样，层与层之间主要通过范德华力连接，但是相邻层间的B原子与N原子相对，其较大的电负性使h-BN层间产生静电相互作用，形成与离子键类似的作用力（“Lip-Lip”作用），因此，h-BN相邻层间的作用力大于石墨。

由于h-BN具有良好的机械强度、润滑性、化学稳定性和高温抗氧化性，因此长期以来被广泛用于抗磨减磨、抗腐蚀和防火材料等领域。

六方氮化硼纳米片

目前，h-BN材料的种类可分为：零维（0D）h-BN富勒烯、量子点和纳米颗粒（纳米球和纳米笼等），一维（1D）h-BN纳米管、纳米纤维和纳米带等，二维（2D）h-BN纳米片和膜，三维（3D）h-BN多孔泡沫和致密陶瓷等。

其中，自2004年石墨烯问世以来，二维层状材料发展迅猛，h-BN纳米片（BNNSs）作为石墨烯的等电子体，加之如上所述的独特物理化学性能，受到越来越多科学工作者的关注。

如何制备是个头疼的问题

BNNSs强的层间作用力使其具有比石墨烯更优异的力学、高温稳定性、抗氧化能力和电子应用等性能。

但是，强烈的层间作用力也意味着其剥离更加的困难。

在当前的研究背景下，批量生产尺寸大且质量高的超薄BNNSs需要解决一系列难题：

首先，h-BN具有强烈的层间作用力，用于剥离石墨烯的方法不能应用于剥离h-BN，为剥离带来了很大困难。其次，在剥离过程中所使用的溶剂会对环境造成污染，需要探索一种环保有效的BNNSs剥离方法，可以得到尺寸大、质量好的BNNSs且不会对环境造成污染。

六方氮化硼纳米片的制备主要有“自下而上”和“自上而下”２大类方法，也称为剥离法和化学合成法。

“自上而下”法是指以商业六方氮化硼为母体，通过外界作用力克服层间相互作用，从h-BN母体上剥离得到超薄氮化硼纳米片的方法，代表方法有机械剥离法中的胶带剥离法、球磨法、剪切剥离法以及液相剥离法等。

“自下而上”法是指将含有Ｂ或Ｎ元素的小分子物质为前驱体在高温条件下合成得到超薄氮化硼纳米片。这种方法能够得到结晶性较好的超薄氮化硼纳米片，还能够有效控制超薄氮化硼纳米片的厚度和尺寸大小。但是此方法需要的条件十分严格，一般只能在高温的情况才可制得超薄的h-BN纳米片，主要方法有非定向生长法、化学气相沉积法（CVD）。

BNNSs的经典应用：导热散热

优异的导热性能是BNNSs最显著的特征之一，其理论热导率高达1700~2000W/(m·K)。此外，由于B和N原子之间的电负性差异导致共轭π键中电子的非离域运动，h-BNNS表现出优异的电绝缘性能，这是石墨烯所不能与之相比的。

当前，随着电子产业的高速发展，电子元器件的集成度越来越高，设备的功耗不断增大，发热量也随之快速增大。

众所周知，电子设备的散热能力取决于其使用的热管理材料，尤其是导热材料。在高分子聚合物中添加高导热填料是目前人们主要采用的方法之一，在解决热管理领域中的导热问题有很大的潜力。

常见无机填料及其导热系数

BNNSs作为一种具有低热膨胀系数（2ppm/℃）和高热导率的材料，且随着层数的减少，层间声子散射逐渐减弱，使得BNNSs的热导率最终趋于理论值，被视为一种理想的绝缘/导热材料，用于高端集成电子元器件的散热封装。

目前来说，对于BNNSs的高效应用，尺寸大和质量高的超薄BNNSs的批量生产是前提，因此，寻找一种合适的制备方法低成本、大规模地工业化生产超薄且具有完整结构的BNNSs非常有必要，且极具挑战性。

参考来源：

[1]曹超超.六方氮化硼纳米片的制备、表征及其性能研究

[2]李佩悦等.六方氮化硼高导热纳米材料：晶体结构、导热机理及表面修饰改性

[3]贾萍萍.六方氮化硼纳米片/聚合物复合导热材料制备与性能研究

[4]孙洪鑫.六方氮化硼纳米片的创新制备与应用展望