金属镁对于六方氮化硼球的微观形貌和结晶性的影响

LED照明光源是继白炽灯、日光灯和HID灯之后的第四代新型高效节约光源，在相同照明效率下节约能源能达到80%，但是散热问题成为LED灯大规模使用的主要障碍。为了解决这个问题，高导热塑料成为科学技术人员研究的中心，但是在高导热塑料达到导热的要求的时候，同时需要高导热的填充物。六方氮化硼有着低热膨胀系数和高的热导率是很好的高导热填充物，其中六方氮化硼球比其他形态更适合作为导热塑料的填充物，而且结晶性越好，导热性越好。以前人们注重于研究六方氮化硼的结构和力学性能和金属镁对于氮化硼纳米管合成的影响。沈阳大学的Zhang ning等人使用硼酸和硼砂作为硼源，尿素作为氮源，镁作为催化剂，研究了金属镁对于六方氮化硼球的微观形貌和结晶性的影响，图为合成的氮化硼球，该成果发表在Materials Research Bulletin 68(2015) 179-184上。

氮化硼纳米纤维和铟的复合物—一种可用于电子类产品散热的新颖热界面材料

在微电子封装工业中，为了提高晶体管集成和复杂的封装技术，对热封装材料（TIMs）的热管理提出了迫切的要求，其中的一个难题是如何降低结合处周围的热阻力。目前，TIMs可通过油脂、粘结剂、焊接、和相变材料等有效方法制备。而只靠焊接制得的TIMs有金属导热路径并且有佷强的结合力，但是在芯片和散热器的界面处会引起巨大的压力，存在安全隐患。Xin Luo等人通过静电纺丝和氮化处理制得多孔BN纤维，再经过表面金属化得到多孔氮化硼纳米薄膜（高导热率，强度高）在此薄膜中挤压铟（一种软焊料，高热导率，优良的润湿性，但强度低，熔点低，在芯片和散热器之间会变成液体流出，导致二者不能结合），制备出导热率可达到面内60W/mK，层间20W/mK，热接触阻力达到0.2Kmm2/W的复合物，可用于电子封。该文章发表在J Mater Sci: Mater Electron (2014) 25:2333–2338。

图a  BN纳米纤维爆裂后的SEM图谱；图b  BN纳米纤维和铟的复合物在TIMs上的SEM图谱

关于在立方氮化硼薄膜上的MoO3和F4-TCNQ的表面转移掺杂的性质研究

立方氮化硼(cBN)凭借着大的禁带宽度(6-6.4eV)、高强硬度、高的热电导(13W/(cm K))、大的击穿电压(8×106 V/cm)等优良的物化性质在制备高温和高功率电子及深紫外器件领域有着巨大的潜力。而目前通过掺杂手段实现对cBN的电子传输性质的调控研究非常少，而且通过高温高压技术制备得到尺径在微米和毫米范围内的cBN的同样限制了其在电子器件方面的应用。香港城市大学的He Bin等人利用CVD的方法以MoO3和F4-TCNQ为表面掺杂剂合成了p型表面掺杂的cBN异质薄膜，通过控制掺杂剂在薄膜表面的沉积量实现了对cBN电子性能的控制，而且沉积MoO3和F4-TCNQ后的cBN表面电导率比纯净的cBN薄膜高出了3-6个数量级。该成果发表在Appl. Mater. Interfaces杂志上。

左图SEM显示的是cBN薄膜沉积在金刚石包覆的硅衬底上，右图显示的是沉积MoO3层和F4-TCNQ层后cBN的导电性得到明显的提高。

嵌入在介孔SiO2孔道的BCN纳米颗粒尺寸限制效应的研究

近十几年来，具有化学热稳定性和高量子效率的发光材料用于显示和照明技术。尽管商业的荧光粉的量子效率达到80%，但其是由稀土离子或有毒材料组成。现在对非稀土、无毒的廉价的绿色材料的需求在逐步增加，h-BN由于其低成本、绿色合成、发光光谱在可见光范围内可调而被提及。Neeti Tripathi等采用溶液浸渍法，用硼酸、尿素和聚乙二醇为前驱体在700℃下煅烧得到BCN纳米颗粒。结果表明STEM可以看出颗粒尺寸在13nm左右，PL中随着尺寸的减小会发生蓝移，这是由于尺寸限制效应引起的。该成果发表在Appl. Phys. Lett. 2014 ,105, 014106 上。

图为不同尺寸的BCN在300nm激发下的发光光谱和紫外可见光光谱

亚微米立方氮化硼坚硬如金刚石

亚微米立方氮化硼坚硬如金刚石合成立方BN和金刚石是近半个世纪以来在工业化应用中最广泛的两种人造超硬材料。立方氮化硼相比较于金刚石具有高的热稳定性和化学稳定性。2015年四川大学的Guoduan Liu等人对8 GPA的压力聚集亚微米立方氮化硼进行烧结，制备出的立方氮化硼块的硬度可与单晶金刚石相媲美，其断裂韧性是立方氮化硼单晶的5倍，并且具有很高的氧化温度。亚微米立方氮化硼与其他类似硬度的超硬压块材料相比，其更具应用潜能。该成果发表在Appl. Phys. Lett. 106, 121901 (2015)。

图为在8 GPA和2300 K下烧结样品的性能：(a) 外加荷载力与维氏硬度之间的关系；(b) 亚微米立方氮化硼的热重曲线；(c) 侧面磨损与切削时间的关系。

碳掺杂的多孔氮化硼：一种可用于燃料脱硫的不含金属的吸附剂

很多年来，由于人们对环境污染问题的重视，以及日趋严格的法规和燃料标准，使得去除汽油中的硫化合物这个科学问题成为研究人员关注的热点。但由于传统的加氢脱硫技术对温度及压强要求高、价格昂贵，一些含有金属的吸附剂及活性炭吸附剂还存在着环境污染、稳定性差、吸附能力差等诸多问题，所以人们需要寻找一种更能令人满意的有效的脱硫吸附剂。虽然作为脱硫吸附剂的六方相氮化硼对汽油中的二苯并噻吩已经展现出很好的吸附效果，但是尚不能满足潜在的工业应用。江苏大学的Jun Xiong等人利用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐作为软模板和碳源，在氮气下煅烧后成功得到了新型的碳掺杂的多孔氮化硼，他们用这种碳掺杂的多孔氮化硼作为吸附剂来吸附脱除汽油中的二苯并噻吩，结果表明这种新型得出吸附剂展现出了高达28.17mg S/g的卓越吸附能力，并且发现卓越的吸附脱硫能力源于沿着吸附剂表面上的气孔上暴露着的较多的原子和二苯并噻吩与碳掺杂的多孔氮化硼之间较强的路易斯酸碱相互作用。该成果发表在Journal of Materials Chemistry A，（2015）10.1039/C5TA01346A上。

碳掺杂的多孔氮化硼的TEM图及与多种吸附剂相比较的脱硫效果测试图

SPS烧结具有3D啮合状晶界结构的高硬度BaCb-(BxOy/BN)复合物

硬而轻的材料在机械设计和应用方面具有很大的吸引力，但是，许多这类材料却很难合成，而且需要极端的烧结或加工条件。日本国立材料研究所的Oleg Vasylkiv等人把B4C和B2O3混合之后采用SPS烧结，部分B2O3被保护氮气氮化成BN，并最终得到具有3D啮合状晶界结构的高硬度BaCb-(BxOy/BN)复合物。结论是这种特殊结构使得该材料的硬度比其任一组元的硬度都高，达到39.3±7.6 GPa。该文章发表在J. Nanosci. Nanotechnol. 2012, Vol. 12, 1–7

图表 1 晶界的STEM图像

石墨化碳氮化物对氨硼烷脱氢反应的影响

随着全球经济的快速发展，稀缺的化石资源不能满足人们日益增长的对能源的需求。因为具有清洁、大量，高能量、高效率等优点、人们对于氢气作为能源有很高的期望。然而，发展高效的板载氢存储系统，并作为车辆的燃料电池，提供安全和可靠的氢源是限制工业应用的瓶颈之一。目前有一些板载氢储存方法，尤以氨硼烷（AB）为最好，但是它的放氢温度太高，且产生有毒的副产物。中国科学院大连化学物理研究所张静等人利用LiBH4使C3N4改性，并与AB复合使AB改性得到了出色的脱氢材料，该研究提供了一种新的方法来提高AB的脱氢表现。该成果发表在Chinese Journal of Catalysis 34 (2013) 1303–1311上。

原始AB和AB-C3N4的程序升温脱附—质谱曲线

三维金属性氮化硼

氮化硼和碳具有化学相似以及结构相似性，但是与碳不同的是氮化硼是绝缘体。Shunhong Zhang等人在清华大学在先进的理论计算的基础上提出一个四角形BN的动态稳定和金属性，他们通过分析能带结构、态密度和电子定位功能从而确认金属行为的起源是由于离域硼原子的2 p电子。得出由硼氮六元环组成的3D 结构BN具有金属性和动态稳定性，该成果发表在Journal of the American Chemical Society上。

图1.T-B3N3的声子色散图谱

氮化硼片经聚甲基丙烯酸甲酯的功能化处理后作纳米填充材料

六方氮化硼是一种能够做高温润滑剂或化妆品添加剂的合成材料，具有优异的机械性能、电绝缘性、化学稳定性及耐高温性能。为了使氮化硼片的优异性能在复合材料中得到充分利用，氮化硼片要充分的剥离且均匀的分散在有机物基质中，而在氮化硼片上接高分子链是抑制氮化硼片团聚的一种有效方法。为了让高分子链接在氮化硼上，必须先对氮化硼片进行功能化处理。University of Connecticut 的Zhenhua Cui 等人以氧化氮化硼（BNO）为原料，依次经过二苯基亚甲基二异氰酸酯、2-溴异丁酰溴的功能化处理，在氮化硼片上形成原子转移自由基聚合点，最终与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）聚合制成复合材料，复合材料的杨氏模量、伸长率和韧性均优于原始的高分子材料。该成果发表在Nanoscale. 7(2015) 10193 上。

BNO、PMMA、BNO/PMMA复合材料的红外光谱图