一起認識氮化硼（BN）

 氮化硼是碳的等電子體,具有多種不同的晶體結構。六方氮化硼(h-BN)是一種結構類似石墨的白色層狀晶體,因此也被稱為“白色石墨”。另外一種常見的氮化硼是立方氮化硼(c-BN),結構類似金剛石,是目前已知的硬度次于金剛石的物質。由于 h-BN物理化學性質,同時可以獲得類似石墨烯的單層或少層氮化硼納米片(BNNS),因此受到了研究人員的關注。如圖1a所示，一個單獨的hBN基面(或單層BNNS)可以被看作是單層石墨烯中C原子被交替的B原子和N原子*取代的結構。與石墨烯類似﹐每一個h-BN層中,B原子和N原子通過強共價鍵相連,不同的是這種共價鍵具有類似離子鍵的特征。B一N鍵長145A,相鄰六元環中心位點距離250A,石墨烯為246A。不同于石墨片層間的AB型堆積, h-BN片層間是AA'型堆積,c軸上B原子正對N原子交替堆積,層間的極性相互作用強于石墨層間的范德華力,使得 h-BN的剝離比石墨更為困難。但這種相互作用對層間距的影響卻微乎其微, h-BN 其層間距為0.333nm,略小于石墨層間的0.337nm。與石墨烯的剝離類似,少層或單層BNNS通常可以溶劑聲或機械球磨等方法剝離獲得。

在h-BN諸多的物理化學性質中,引人注目的是其的導熱性和性。計算表明h-BN水平方向(面內)導熱系數在300W/(m·K)~2000W/(m·K),遠高于大部分的金屬和陶瓷材料,但低于石墨烯(1500~2500W/(m·K)),這種差異可能主要來自于B原子和N原子之間的質量差異。通常認為h-BN微米片的導熱系數在600W/(m·K)左右,并且其導熱系數隨著層數的減少不斷增大,這是因為隨著片層層數的減小﹐片層間的聲子散射也隨之減少。同時h-BN微片具有的導熱各向異性,水平方向導熱系數約為厚度方向(面外)的20~30倍(見圖1b)1。不同于石墨的導電性, h-BN被認為是具有電性的半導體,其能帶隙為5.8eV,也有一些研究認為其能帶隙可在6.0eV以上,介電常數約5,擊穿電壓800MV/m。由于h-BN同時兼具的導熱性和性,使其應用于導熱復合材料的制備。

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