中国粉体网讯  自2004年石墨烯被发现以来，由于其优异的机械、光学和电性能在材料科学领域引起了广泛的关注。2005年，人们采用微机械剥离法成功地制备出了单层六方氮化硼纳米片。作为石墨烯等电子、同构型的类似物，氮化硼纳米片（BNNSs）同样具有许多独特的性能，近年来备受科学家的关注。

（图片来源：科学画报）

氮化硼纳米片有何过人之处？

氮化硼纳米片（BNNSs）是由多个六元环的硼吖嗪（borazine）所构成，与石墨烯互为等电子体。由于BNNSs的颜色为白色，所以也称为“白石墨烯”或“硼墨烯”。

BNNSs的上下层之间存在较弱的范德华力，层间的叠加属于AA′堆积，即硼原子和氮原子沿c轴依次交错排列，而石墨烯层间则是半六边形的叠加属于AB堆积。值得注意的是，B—N键之间不仅有共价键的作用，并且还具有一些离子键的特性，从而在BNNSs层间形成“lip-lip”作用。正是由于这些特殊的结构特性，导致BNNSs在宏观力学性能较强，因此BNNSs结构比石墨烯更加稳定。

氮化硼纳米片结构基础

另外，与石墨烯相比，BNNSs除了具有优异的机械性能之外，还具备耐高温、宽带隙、更好的导热性、更强的耐化学腐蚀等优异特性，从而使其在许多方面比石墨烯更具有发展前途。

氮化硼纳米片的应用

由于BNNSs优异的性能，BNNSs在许多领域存在潜在的应用价值。

BNNSs作为无机填料添加到高分子基质中制备高分子复合材料，从而提高复合材料的机械性能、导热性能、抗氧原子腐蚀作用等等；BNNSs可用于功能性涂料制备，如各种防腐涂料，自清洁涂料等。最近，BNNSs在纳米电子设备和紫外光发射设备上的应用取得了一定的进展。同时，BNNSs作为载体可提高金属颗粒的催化作用和多孔BNNSs的水净化作用的应用上存在着巨大的潜力。虽然BNNSs是近几年才开始研究，但其优异的性能使产业界迅速看到了其在电子、半导体、新能源、功能材料、航天航海、军工等领域可能的应用潜力，成为国内外研究热点和竞争焦点。

氮化硼纳米片的制备

机械剥离法

机械剥离法包括透明胶带法和机械球磨法。Pacile等采用透明胶带法制备出了二维结构的BNNS。具体过程为：将粒径约为10μm的h-BN通过反复“黏贴”的方式进行剥离，最终可得到少层甚至只有1个原子层厚度的BNNS。该方法工艺简单且得到的BNNS缺陷少、晶格完整，但过程繁琐、制备效率低，难以规模化生产。机械球磨法可用来大规模制备BNNS。球磨法主要是利用剪切力打破h-BN层间范德华力的相互作用，得到BNNS。

化学气相沉积法

化学气相沉积法是通过惰性气体将硼源及氮源带入到高温管式炉中发生化学反应，然后沉积到晶格匹配的基底上，从而得到BNNSs。CVD制备工艺技术具有简单易行、高产、面积可控并且可以得到高品质、性能好的固体材料等优点，引发了使用CVD方法制备BNNSs材料的研究热潮。

化学剥离法

化学剥离法是反应物在溶液中插入h-BN层层之间，并发生化学反应，利用反应生成物的自由运动克服h-BN层间的范德华力，从而得到BNNSs。该方法操作简单，不需要高温高压，并且可以制备面积大、厚度薄的BNNSs，但也常常伴有BNNSs团聚的现象。

声波降解法

通常直接把h-BN加在某种有机溶剂或水中，借助超声波的作用制备一定浓度的单层或少层BNNSs溶液。采用声波降解法制备BNNSs对所选择的溶剂有一定的要求，若该溶剂是h-BN的良溶剂则有助于BNNSs的剥离得到稳定的BNNSs且不易团聚；若该溶剂是h-BN的不良溶剂常常会使制得的BNNSs发生团聚而无法制得高质量、高产率的BNNSs。

超临界流体制备氮化硼纳米片

超临界流体兼具气体的扩散性质和液体的溶解能力，自从被引入到石墨烯的制备中取得了一些成果后，许多研究者也将其运用到BNNSs的制备上。目前，利用超临界CO₂在一定的温度和压力下能制备出厚度为2～6nm的BNNSs，且BNNSs的结晶形态与原始的h-BN基本没有太大差异，得到的BNNSs悬浮液的浓度可高达0.24mg/mL，辅助以剪切、超声波等手段后能有效提高其剥离效率。

SC CO₂制备BNNSs的原理图

总结

近几年，随着石墨烯以及类石墨烯等二维纳米材料研究热潮的兴起，BNNSs也越来越受到国内外研究人员的重视。但是，相比石墨烯和其他二维纳米材料，如二硫化钼（MoS₂），BNNSs的研究进展略显缓慢。主要原因：尽管目前人们已经研究出许多BNNSs的制备方法，但是简单有效、高产率和高质量的单层和少层BNNSs制备方法还有待开发。如何大量、低成本制备出高质量的BNNSs材料并逐步走向产业化仍是未来研究的一个重点。

参考来源：

[1]杜淼等.氮化硼纳米片的制备及其应用研究进展

[2]赵迪等.氮化硼纳米片制备方法研究进展

[3]白央等.超临界流体制备氮化硼纳米片的研究进展

[4]李雪雨等.氮化硼纳米片/橡胶复合材料研究进展

（中国粉体网编辑整理/山川）

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