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号称石墨烯兄弟,导热不导电“白石墨烯”奇妙应用

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号称石墨烯兄弟,导热不导电“白石墨烯”奇妙应用

       说到氮化硼(h-BN),最为引人乐道的就是它优异的热性能。身为陶瓷材料中导热最佳的材料之一,h-BN的结构与多层石墨烯类似,具有六方层状结构,呈现松散、润滑、质轻质软等性状,可加工性强,又由于其色为白,因此也被称为“白石墨烯”。

表1  h-BN和其它材料的热性能比较

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       但h-BN的优势并不仅限于此,它不仅是热的良导体,而且还是典型的电绝缘体——常温电导率可达1016~1018Ω/cm(1000℃时仍达1014~106Ω/cm);介电常数3~5。介电损耗为(2~8)*10-4,击穿强度为Al2O3的两倍,达30~40kV/mm,因此是理想的高频绝缘、高压绝缘、高温绝缘材料。

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       凭借如此难得的特性,h-BN在一些领域中起着难以被替代的作用,下边介绍关于它的应用。

氮化硼的应用

       h-BN颗粒的各方面性能受纯度影响较大,而烧制条件以及产品后处理会直接影响纯度,因此制备高纯度的六方氮化硼颗粒是保证其广泛应用的前提。

而在不同领域中,就算是同一成分的原料,由于使用目的不同,原料规格自然也有所差异。

表2 h-BN粉体规格及应用

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1、高温润滑剂

       h-BN具备十分优异的高温润滑性,作为润滑剂使用时,可以分散在耐热润滑脂、水或溶剂中;喷涂在摩擦表面上,待溶剂挥发而形成干模,因h-BN与钢、不锈钢、铝等既不润湿又不发生作用,因此它常用于抗熔融金属腐蚀的场合,如熔炼蒸发金融的坩锅、舟皿、液态金融输送管等。

2、导热填料

       BN作为填料已经广泛应用于导热复合材料,可解决热导材料与处于运行中的电气部件相接触而需要的高电阻率材料避免短路的问题。将超声剥离的二维氮化硼纳米片和一维纤维素纳米纤维共混,制备的复合材料热导率高达 180W/(m·K),是迄今为止热导率最高的纳米复合材料。

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添加了氮化硼粉末的导热硅胶片,可在压缩力下表现较低的热阻和较高的电子绝缘特性

3、耐高温涂料

       氮化硼在高温下具有的明显化学惰性,使得氮化硼涂层可用来保护铝、镁、锌合金等材料免受高温氧化。当将氮化硼涂层包覆耐火材料或陶瓷器皿后,即使温度高达1273K时,氮化硼涂层也能有效保护其抗氧化。

       而在前两年的一项研究中,h-BN纳米片涂层也被用于木材防火上,效果可见下图。

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有涂层的木材与没有涂层的木材抗燃烧对比

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