?   六方氮化硼（h-BN）憑借其優(yōu)異的熱導性、電絕緣性和化學穩(wěn)定性，在多個領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。盡管面臨表面化學惰性等挑戰(zhàn)，隨著功能化改性技術的不斷發(fā)展，h-BN的應用范圍持續(xù)拓展。

氮化硼是一種由氮原子（N）和硼原子（B）以化學鍵結(jié)合形成的無機化合物，具有多種晶體結(jié)構(gòu)形式，包括六方氮化硼（h-BN）、立方氮化硼（c-BN）和無定形氮化硼等。

其中，六方氮化硼（h-BN）因其與石墨類似的層狀結(jié)構(gòu)和晶體構(gòu)造，被俗稱為“白石墨”，也常被稱為“白色石墨烯”。

h-BN也擁有許多優(yōu)異性質(zhì)，例如：機械強度高、吸附性能好、熱穩(wěn)定性好、導熱系數(shù)高。

然而，h-BN也因其獨特的原子結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出與石墨烯不同的特性。在h-BN的納米片中，氮原子（N）由于電負性較高，吸引了更多電子，使其電子分布更偏向N原子，而非石墨烯中那樣的均勻分布。這一特性導致h-BN的導熱率較石墨烯有所降低，但賦予了它其他優(yōu)勢，包括：卓越的抗氧化性、寬禁帶、優(yōu)異的電絕緣性。

?   ?然而，原始的六方氮化硼材料在實際應用中往往存在表面化學惰性和性能局限的問題。通過功能化改性，不僅可以突破這些限制，還能為其在新興領域的應用開辟更多可能性。

六方氮化硼的功能化

h-BN 的高化學惰性使其應用受到了很大的限制。通過 h-BN 的功能化，拓展其應用范圍成為具有挑戰(zhàn)的課題。以下是常見的功能化方法。

1、非共價鍵改性

①路易斯酸堿相互作用

基于路易斯酸堿之間的相互作用，烷基胺和 h-BN 通過烷基胺中氮原子存在的孤對電子作為路易斯堿。氨化硼中硼原子中的p空軌道作為路易斯酸來接受烷基胺中氨原子的孤對電子，在一定程度改善了氮化硼的分散性。

②π-π相互作用

如球磨技術將膽酸鈉與 h-BN 共同研磨和用聚多巴胺的芳香結(jié)構(gòu)與 BNNSS 的π-π相互作用以及范德華力相互作用將其進行修飾。

出于分散或者穩(wěn)定的目的，將 BNNSS 進行非共價修飾的工作，雖然已經(jīng)有了很大的進展，但是相對于石墨烯非共價鍵功能化而言則顯得較為遜色，由于氮化硼各種優(yōu)異的性能，通過其他一些非共價作用力進行改性的工作已經(jīng)完成或者正在進行中。

2、共價功能化

①羥基化

經(jīng)羥基化改性后的六方氮化硼可通過酯化反應進一步連接有機碳鏈，應用于生物工藝、基質(zhì)填充等眾多領域，大大拓寬了其應用領域。-OH修飾不僅可以提高氮化硼基質(zhì)的填充性能，克服h-BN的疏水性，并且對其生物過程以及進一步形成氨化硼派生物具有重要的影響。h-BN的羥基化可以分為物理法和化學法。物理法包括堿(如氫氧化鈉)輔助球法、次氯酸鈉輔助球磨法、風化法、高溫退火法、熱蒸汽法、超聲法等;化學法包括過氧化氫法、熔融氫氧化物處理法、堿溶液處理法等。

②氨基化

用NH₂修飾的h-BN納米片具有優(yōu)異的水溶性，經(jīng)脫水處理可得到質(zhì)量良好的氣凝膠和近乎透明的薄膜，h-BN的氨基化法包括超聲降解法、球磨法等。

③摻雜異質(zhì)原子

為了改善某種材料或物質(zhì)的性能，在這種材料或物質(zhì)中加人少量其他元素或化合物，使材料基質(zhì)產(chǎn)生特定的電學、磁學和光學等性能。摻雜是指在一種基質(zhì)中摻入少量其他元素，使基質(zhì)產(chǎn)生特定的電學、磁學和光學性能。當相互替代的原子或離子尺寸愈相近，核外電子特性愈接近時，愈易形成有效摻雜。

④烷基化

由于h-BN中，B、N原子分別具有路易斯酸、堿特性，因此可以分別接人堿性和酸性基團進行修飾。

⑤超鹵素化

超鹵素是一類電子親和能強于鹵素的基團或分子，引人超鹵素能夠賦予氮化硼特殊的物理化學性能。

3、物理功能化

另外h-BN也可以用物理法功能化，主要是通過調(diào)節(jié)其微觀形貌，賦予其新的功能。一般商業(yè)的h-BN多呈片狀，可以通過改變其微觀結(jié)構(gòu)成為0D的量子點、1D的h-BN納米管、2D的h-BN、3D的h-BN泡沫。低維度的氮化硼作為氮化硼家族的重要組成部分，近年來發(fā)展迅速并取得了許多成績。

功能化h-BN的應用前景

1、導熱領域

雖然h-BN與石墨有著相似的結(jié)構(gòu)，但是h-BN中的電子幾乎都定域在N原子周圍，所以h-BN中幾乎沒有自由電子。h-BN與碳材料不同，導熱時僅依靠聲子，但并不妨礙h-BN具有優(yōu)良的導熱性。又因其絕緣特性，使得h-BN在電子封裝等領域具有廣闊的應用前景。當h-BN被引入到聚合物基體中時，導熱填料上的極性和表面化學基團，與聚合物基體的相容性較差，導致其在復合材料中的團聚和不均勻分散，因此需對填料進行了表面改性，以改善其在聚合物基體中的分布和相容性。

因為強B-N共價鍵難以改變，所以采用兩步法實現(xiàn)了h-BN的成功共價修飾。首先，通過氧化或氨化法將氫氧化物（-OH）或氨基（或-氨基）引入h-BN表面。其次，其他復雜的官能團通過與-OH或-氨基基團的相互作用而被接枝到h-BN上，以改變其表面性質(zhì)。由于B原子和N原子的固有離子特性，親核基團和親電基團分別攻擊B原子和N原子。例如：Zhang等將氨基端大分子鏈引入BN表面（ATBN），這些鏈中的氨基與橡膠聚合物基體中的羧基（-COOH）反應，所得到的羧化苯乙烯—丁二烯橡膠/ATBN功能化（XSBR/ABN）復合材料與傳統(tǒng)的XSBR/BN復合材料相比，具有較高的導熱性和力學性能。

2、微波吸收領域

h-BN具有良好的電絕緣性、超低的介電常數(shù)以及優(yōu)良的微波傳輸能力，通常被用作透波材料而不是吸波材料。然而，考慮到h-BN材料具有優(yōu)良的電絕緣性、低介電常數(shù)，良好的化學穩(wěn)定性和優(yōu)異的微波傳輸性能，h-BN材料可以與其他材料結(jié)合以調(diào)節(jié)其介電性能，從而提高復合材料的微波吸收性能。

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來源：粉體圈