氮化硼纳米片的制备及其应用研究进展

氮化硼纳米片的制备及其应用研究进展

氮化硼(boron nitride,BN)是由Ⅲ族的硼原子和Ⅴ族的氮原子组成的一种重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物。因为硼原子与氮原子采用不同的混合方式,所以形成了几种不同的晶型,比较常见的有2种杂化方式:sp2杂化和sp3杂化。sp2杂化的BN主要包含六方氮化硼(h-BN)和三方氮化硼(r-BN);sp3杂化的BN主要包含立方氮化硼(c-BN)和纤锌矿氮化硼(w-BN)。氮化硼纳米片(boron nitride nanosheets,BNNSs)是由多个六元环的硼吖嗪(borazine)所构成,与石墨烯互为等电子体[1]。由于BNNSs的颜色为白色,所以也称为“白石墨烯”或“硼墨烯”。BNNSs的上下层之间存在较弱的范德华力,层间的叠加属于AA′堆积,即硼原子和氮原子沿c轴依次交错排列,而石墨烯层间则是半六边形的叠加属于AB堆积,如图1所示[2]。值得注意的是,B—N键之间不仅有共价键的作用,并且还具有一些离子键的特性,从而在BNNSs层间形成“lip-lip”作用。正是由于这些特殊的结构特性,导致BNNSs在宏观力学性能较强,因此BNNSs结构比石墨烯更加稳定。另外,与石墨烯相比,BNNSs除了具有优异的机械性能之外,还具备耐高温、宽带隙、更好的导热性、更强的耐化学腐蚀等优异特性[3-5],从而使其在许多方面比石墨烯更具有发展前途。笔者主要介绍了BNNSs各种制备方法及其应用的研究进展,并对其发展方向做了展望。1氮化硼纳米片的制备1.1机械剥离法研究人员常用机械球磨法和透明胶带法来制备氮化硼纳米片。球磨法主要是利用一种物理作用(剪切力)将h-BN进行层层剥离与分散,与透明胶带法相比,该法能得到更多数量的BNNSs。在材料的制备中,球和球研磨剂的选择非常重要。在选球的过程中一般要采用大量的小球而少用大球,在挑选球磨剂时经常选用具有高黏度、表面张力与h-BN近似的溶剂。