“白色石墨烯”是六方氮化硼(英文名称为hexagonal boron nitride,缩写为h-bn)的别名,由于六方氮化硼的结构和石墨非常相似,具有六方层状结构,质地柔软,可加工性强,并且颜色为白色,所以俗称“白石墨”(现也被称作“白色石墨烯”)。
六方氮化硼和石墨烯都是仅一个原子厚度的层状二维材料,不同之处在于石墨烯结合纯属碳原子之间的共价键,而六方氮化硼晶体中的结合则是硼、氮异类原子间的共价结合。如下图所示,左图为石墨烯,右图为六方氮化硼:
虽然结构类似,但是两者在电学性能方面却有着天壤之别。六方氮化硼因为层状结构中没有可自由移动的电子,是一种天然绝缘体,而石墨烯却是一种优良的导体。
另外,h-bn还具有高热稳定性、良好的导热性和电绝缘性、宽带隙(约5.5 ev)、独特的紫外发光性能、润滑性好、机械强度高、耐化学腐蚀性,具有中子吸收能力等明显特点。
白色石墨烯应用领域
所谓结构决定性能,性能决定应用,六方氮化硼具备的多种特性,使得它被广泛应用于高科技领域。如:制备立方氮化硼、陶瓷制品、导热塑料、颜料、精密铸造脱模剂、透波材料、化妆品、芯片散热材料等。
芯片散热材料
随着电子元件和系统的体积不断变小,速度不断变快,热处理和可靠性成了影响它们寿命的关键问题。局部高热流热点的热管理是大功率电子器件的关键,不理想的散热会造成芯片中特殊区域温度过高,影响电子系统性能和电子器件的可靠性。
耐高温润滑剂
六方氮化硼在极低和极高(900 °c)的温度甚至是氧气下都是一种很好的润滑剂,这使得它在石墨的导电性和与其它物质发生化学反应造成应用受限时特别有用,并且h-bn的润滑机理并不涉及到层面之间的水分子,氮化硼润滑剂还可以在真空下使用。
六方氮化硼及其复合陶瓷
六方氮化硼粉体可以通过热压工艺制备高温绝缘陶瓷材料。其典型应用是电子零件,尤其是在硅半导体加工中应用颇多:cvd坩埚,微电路封装,溅射靶材,高精度密封,钎焊和金属化支撑体,微波管,立式浇铸密封环,低摩擦密封件,等离子弧绝缘件,热电偶保护管,高温窑炉固定和支撑体等。
六方氮化硼与二硼化钛复合制备的导电复合陶瓷主要用于金属镀膜工业,主要是真空蒸镀包装材料、电容器金属化真空镀膜、显示屏镀层、烫金镀层、防伪标志镀层、反光镀膜以及纸张、纺织品镀铝等。
利用六方氮化硼的耐热耐侵蚀性可以制作高温构件、火箭燃烧室内衬等。六方氮化硼与氮化硅通过气压烧结复合,可以制作低介电常数和介电损耗的远程导弹陶瓷天线罩。六方氮化硼陶瓷还可以作为核反应堆零部件,提高反应堆运行的安全性。
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