等离子球磨制备氟化氮化硼，以增强低频微波吸收并实现优异的导热性能

采用标准方法合成h-BNNRs。将1g h-BNNR与不同量的NH₄F（2.5 g、5 g、10 g、15 g和20 g）在等离子球磨机中进行氟化处理，处理时间为4h。通过离心获得F-BNNRs，随后用去离子水洗涤三次，并在60 °C的真空烘箱中干燥12小时，最终得到米色固体。

图1 图1 (a)F-BNNRs的FT-IR光谱。(b)F-BNNRs的拉曼光谱。(c)F-BNNRs的XRD图谱。(d)F-BNNRs的XPS全谱图和F-BNNR3的B1s、N1s和F1s的XPS精细谱图，d1)B1s，d2)C1s，d3)N1s和d4)F1s

等离子球磨法制备的F-BNNRs的FT-IR光谱（图1a）显示，1388 cm⁻¹（B-N键）和新增的1087/1523 cm⁻¹（B-F键）证实氟化成功。拉曼光谱（图1b）中B-N峰从1369 cm⁻¹移至1373 cm⁻¹，表明F掺杂引起晶格畸变。XRD（图1c）显示(002)峰从27.0°偏移至26.7°，证实F原子进入h-BN晶格。XPS（图1d）检测到F1s信号，且F含量随NH₄F先增后减，表明存在^氟量。

图2 (a1)h-BNNR，(a2)F-BNNR1，(a3)F-BNNR2，(a4)F-BNNR3，(a5)F-BNNR4，(a6)F-BNNR5的SEM图像。(b)(b1、b2)F-BNNR4的TEM图像。(b3)F-BNNR4的HRTEM图像。(c)F-BNNR4复合材料的元素分布图

图2a1-a6显示h-BNNR呈光滑棒状，氟化后F-BNNRs保持棒状但表面粗糙化。F-BNNR4的TEM（图2b1-b3）证实其棒状结构，晶面间距0.33nm对应h-BN(002)面，部分区域增至0.34nm表明BNF层成功嵌入。EDS元素分布图（图2c）证实B、N、F均匀分布，与XPS结果一致，验证了氟化引起的结构改性。

图3 (a)介电常数实部(ε′)，(b)介电常数虚部(ε′′)，(c)介电损耗角正切(tanδε)

F-BNNRs的介电性显示，F-BNNR4具有^的复介电常数实部（ε'），表明其优异的电磁波存储能力。F原子作为极化中心增强介电极化，在5-8GHz和12-18GHz频段产生特征共振峰。F-BNNR3展现出^的介电损耗（tanδₑ），但F掺杂存在^浓度，过量会降低性能。研究表明^调控F掺杂可优化电磁波吸收性能，F-BNNR3和F-BNNR4在介电损耗与电磁波存储方面表现^。

图4  ( a ) F-BNNR1，( b ) F-BNNR2，( c ) F-BNNR3，( d ) F-BNNR4，( e ) F - BNNR5的Cole - Cole曲线。

Cole-Cole图分析（图4）证实F-BNNRs存在多重极化弛豫过程，符合Debye理论。F原子的掺杂诱导了原子间电荷转移和电子云重分布，同时等离子球磨过程产生的晶体缺陷导致电荷分布不均，形成局域偶极子。这些结构特征共同促成了材料的介电损耗行为，与2-18GHz频段观测到的介电常数波动现象相吻合。不同F掺杂量的样品均表现出类似的弛豫特征，表明Debye弛豫是F-BNNRs的固有属性。

图5 . ( a ) F-BNNR1，( b ) F-BNNR2，( c ) F-BNNR3，( d ) F-BNNR4，( e ) F-BNNR5的ε′′/ 2πf-ε′曲线

F-BNNRs的ε''/2πf-ε'曲线分析揭示极化弛豫时间（τ）与F含量非线性相关：F-BNNR3具有最长τ（6.98×10⁻¹¹s），而F含量更高的F-BNNR4τ值更短（5.11×10⁻¹¹s）。这一现象源于F原子电负性的双重作用——既增强电子云密度又加速电子响应，为微波吸收材料设计提供了新视角。

图6 . ( a )样品的电化学阻抗谱。( b )样品的阻抗匹配曲线。( c )样品的界面反射系数

F-BNNRs在2-2.5GHz频段ε''-1/f曲线呈线性（图6a），证实传导损耗主导，F-BNNR5电导率达1.26×10⁻⁸ S·m⁻¹^。F-BNNR3/5展现^衰减性能（图6b），F-BNNR4反射率^，阻抗匹配^。通过四分之一波长模型系统表征1-5mm厚度下的吸波性能，为F-BNNRs电磁调控提供关键数据支撑。

图7 ( a-e )不同厚度F - BNNRs的RL曲线以及根据λ / 4模型计算得到的dm随fm的变化曲线

F-BNNRs的微波吸收性能呈现显著厚度依赖性：F-BNNR3在4.32mm时达-68.56dB@5.14GHz的优异性能，F-BNNR1/2在Ku波段分别实现-50.61dB和-54.86dB。厚度增加导致吸收峰低频偏移，严格遵循λ/4干涉规律，证实厚度可^调控吸收频段。其中F-BNNR3在C波段的^表现（-68.56dB）创氮化硼基吸波材料新纪录。

图8 在2 - 18 GHz频率范围内，具有一定厚度的F - BNNR1 - F - BNNR5的RL曲线的( a-e ) 2D表示

F-BNNRs在1-5mm厚度范围内展现出^的宽频微波吸收性能，其中F-BNNR3^，4.17mm厚度时实现3.3GHz有效带宽（4.6-6.1/15.4-17.2GHz），关键子频段衰减率达99%以上。研究表明MA性能与氟含量呈非线性关系，^阻抗匹配条件为Z'≈1且Z''≈0，这为氮化硼基宽频吸波材料设计提供了重要依据。

图9 ( a-e ) F - BNNR1 - F - BNNR5的二维阻抗匹配示意图

图9通过Z'-Z''阻抗匹配分析揭示了F-BNNRs的^微波吸收条件，这些^参数点与反射损耗测试结果高度吻合，证实了阻抗匹配理论对微波吸收材料设计的指导价值。

图10 ( a ) h - BNNR和F - BNNR4的UV - vis图谱。( b )离心前后h - BNNR和F - BNNRs分散程度的直方图。( c )水-乙二醇液滴在h - BNNRs和F - BNNRs片剂上的接触角

紫外-可见光谱（图10a）显示F-BNNR4吸收峰红移6nm至298nm，证实F原子成功掺杂改性h-BN电子结构。分散测试表明F-BNNRs离心分散率（^77.19%）显著优于h-BNNR，接触角从72.97°降至31.90°，证明氟化显著提升材料亲水性和分散稳定性，为热管理应用奠定基础。

图11 (a)h-BNNR和F-BNNR中的热输运图解。(b)降温过程中h-BNNR和FBNNR上表面温度随时间变化曲线。(c)降温过程中不同时刻对应的红外图像。(d)(静置7d后)降温过程中hBNNR和F-BNNR上表面温度随时间变化曲线。(e)(静置7d后)降温过程中不同时刻对应的红外图像

F-BNNRs展现出^的导热性能，初始导热系数达0.95-0.97W·m⁻¹·K⁻¹，较h-BNNR提升132%-137%。静置7天后仍保持0.85-0.87W·m⁻¹·K⁻¹（提升112%-118%）。时间分辨实验显示F-BNNR4冷却性能^，240秒降温至32.9℃，红外热成像证实其均匀散热特性。研究表明氟化形成的氢键网络和增强的声子传输是性能提升的关键，使F-BNNRs成为高效稳定的热管理材料。

图12 ( a )不同组别的时间-温度曲线。( b )空白组红外热成像信息；( c )对照组和( D )基质组

F-BNNR3纳米流体在CPU散热测试中展现出^性能：以0.09wt%浓度、400mL/min流速运行时，60分钟内将CPU温度稳定控制在33.8℃，较水冷系统降低18.2℃。红外热像显示其仅需9.3分钟即可将CPU温度峰值控制在42.1℃，远低于空白组的53.0℃，证实其作为高效电子冷却剂的实用价值。

图13 F - BNNR的微波吸收和导热机理

氟化改性在h-BNNR中引入的缺陷态形成局域偶极子，显著增强了材料的介电极化损耗和阻抗匹配特性。这些偶极子通过取向调整促进电磁能向热能的转化，同时界面极化效应进一步提升了微波吸收性能。在导热方面，氟化不仅强化了分子间作用力构建高效热通道，其形成的氢键网络更确保了材料导热性能的长期稳定性，使F-BNNR兼具优异的电磁波吸收和热管理能力。