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氮化硼的应用前景研究

2018-10-31

Boron nitride作为二维纳米材料的一员,是硼原子和氮原子以 sp2杂化的方式构成的蜂窝状层状材料。由于层与层之间的极性硼氮键的作用,使 BN 具有优异的耐高温性能、优异的力学强度、大的比表面积、中子吸收等优点,BN 及其复合材料在新能源、催化、电子器件等领域展现出大的应用潜力。

BN 是由等量的硼元素(B)和氮元素(N)组成的一种重要的非氧化陶瓷材料,具有优异的物理和化学性能。BN 晶体共有四种结构:立方氮化硼(c-BN)、六方氮化硼(h-BN)、菱方氮化硼(r-BN)和纤锌矿氮化硼(w-BN),氮化硼的各种晶型结构。

由于钢铁材料硬度很高,因而加工时会产生大量的热,金刚石工具在高温下易分解,且容易与过渡金属反应,而c—BN材料热稳定性好,且不易与铁族金属或合金发生反应,可广泛应用于钢铁制品的精密加工、研磨等。c—BN除具有优良的耐磨性能外,耐热性能也极为优良,在相当高的切削温度下也能切削耐热钢、铁合金、淬火钢等,并且能切削高硬度的冷硬轧辊、渗碳淬火材料以及对刀具磨损非常严重的Si—Al合金等。实际上,由c—BN晶体(高温高压合成)的烧结体做成的刀具、磨具已应用于各种硬质合金材料的高速精密加工中。

C—BN作为一种宽禁带(带隙6.4eV)半导体材料,具有高热导率、高电阻率、高迁移率、低介电常数、高击穿电场、能实现双型掺杂且具有良好的稳定性,它与金刚石、SiC和GaN一起被称为继Si、Ge及GaAs之后的第三代半导体材料,它们的共同特点是带隙宽,适用于制作在极端条件下使用的电子器件。c—BN是性能最为优异的第三代半导体材料,不仅能用于制备在高温、高频、大功率等极端条件下工作的电子器件,而且在深紫外发光和探测器方面有着广泛的应用前景。

在光学应用方面,由于c—BN薄膜硬度高,并且从紫外(约从200 nm开始)到远红外整个波段都具有高的透过率,因此适合作为一些光学元件的表面涂层,特别适合作为硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)等窗口材料的涂层。此外,它具有良好的抗热冲击性能和商硬度,有望成为大功率激光器和探测器的理想窗窗口材料。