氮化硼纳米管

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【精品文章】纳米氮化硼(BN)的特性与应用简介

其强化学惰性和抗氧化性使它在油污燃烧后可以重复使用。图 8 a 氮化硼纳米片对乙醇、甲苯、泵油、机油和乙二醇五种污染物的吸附能力；b 多孔氮化硼纳米片和其他吸附材料性能对比，非多孔氮化硼纳米片、商用块体氮化硼、活性炭 4、储氢材料氢气是目前最清洁的能源，对解决大气污染问题有着光明的发展前景。如何能够安全有效的使用和储存氢气，是研究者首要解决的问题。用三聚氰胺和硼酸作为前驱体，在 900-1100℃制备了多孔 BN 纳米带，比表面积高达 1488m2/g，是已报道的氮化硼家族中比表面积最大的，其储氢性能也非常卓越。图 9 所示是氮化硼纳米带的形貌和氢气吸附-脱附曲线。图 9 氮化硼纳米带的形貌和氢气吸附-脱附曲线作为一种先进的纳米材料和陶瓷材料，氮化硼纳米材料以其优秀的物理和化学性能受到了各个领域的青睐，在光电、环保及日化等领域也必将发挥更重要的作用。我们需要在已有的研究和应用基础上，开拓思路，实现氮化硼纳米材料的大规模、经济实惠、零污染合成，促进广泛应用。作者：弋木参考文献： 1、氮化硼纳米片的制备及其性质研究，杜淼，山东大学。 2、多孔氮化硼纳米片的制备及其在气体吸附领域的应用，谢飞，北京理工大学。 3、氮化测纳米片的规模化制备工艺探索，张平奇，大连理工大学。 4、氮化硼纳米结构的制备和性能，李娟，广西大学。 5、氮化硼纳米材料的制备及性能研究，袁颂东，华中科技大学。
纳米氮化硼（BN）的特性与应用简介
氮化硼，化学式 BN，一种非氧化物的材料，是碳(C2)的等电子体，其晶体的晶型结构与石墨相似，是目前研究和应用较多的氮化物陶瓷材料之一。根据晶体结构类型，BN 主要包括：六方氮化硼(h-BN)、立方氮化硼(cBN)、斜方氮化硼(r-BN)、纤锌矿氮化硼(w-BN)。图 1 氮化硼晶型结构参数一、氮化硼具有哪些特性呢？作为石墨的结构类似物，BN 某些理化性能却比石墨更加优异。BN 的性能如下： 1、热学性能（1）高耐热性：空气中抗氧化温度高达 900℃，惰性环境下在 18002000℃开始分解；（2）高导热性：良好的导热性，使 BN 成为陶瓷材料中导热最佳的材料之一；（3）低热膨胀系数：膨胀系数为 10-6，仅次于石英，是陶瓷中最小的。 2、电学性能（1）高温绝缘性好；2000℃下电阻为 104Ω/cm，陶瓷中最好的高温绝缘材料，（2）良好的介电性能：介电常数为 4，能透微波，常用作雷达天线的外保护层。 3、化学稳定性（1）BN 与大多数氧化剂、无机酸/碱不发生化学反应，呈现化学惰性，

纳米氮化硼增强金属基复合材料的研究进展

第14卷第9期精密成形工程收稿日期：2022–05–11基金项目：国家自然科学基金（52105259）；中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江省海洋材料与防护技术重点实验室开放课题（2020K06）；江苏大学优秀青年人才基金（19JDG021，18JDG030）；江苏省研究生科研与实践创新计划（KYCX21_3328）；江苏省高校自然科学基金（19KJB460012）；江苏省博士后基金（2021K389C ）作者简介：刘振强（1996—），男，博士生，主要研究方向为金属基复合材料。

刘振强，王匀，李瑞涛，何培瑜，刘宏，刘为力（江苏大学机械工程学院，江苏镇江 212013）摘要：在金属中添加陶瓷增强相是调控和改善金属材料结构和性能的重要途径。

传统硬质陶瓷增强相难以满足金属材料日益严苛的应用需求。

以氮化硼纳米片（boron nitride nanosheet ，BNNS ）和氮化硼纳米管（boron nitride nanotube ，BNNT ）为代表的纳米氮化硼具有极大的比表面积和优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性等，是制备性能优异的金属基复合材料的理想增强相。

系统总结了纳米氮化硼的种类和特征，综述了纳米氮化硼增强金属基复合材料的制备方法，归纳了纳米氮化硼增强Cu 、Al 、Ti 复合材料的研究成果，总结了纳米氮化硼/金属复合材料的力学和摩擦学性能，并揭示了复合材料性能改善的机理。

最后，展望了纳米氮化硼/金属复合材料的发展趋势。

关键词：纳米氮化硼；金属基复合材料；力学性能；摩擦学性能DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.09.017中图分类号：TB331 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)09-0119-12Research Progress of Nano-boron Nitride Reinforced Metal Matrix CompositesLIU Zhen-qiang , WANG Yun , LI Rui-tao , HE Pei-yu , LIU Hong , LIU Wei-li(School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013, China)ABSTRACT: The introduction of ceramic fillers into metal is an effective way to optimize the microstructure and enhance the properties of metal. Traditional hard ceramic reinforcements are difficult to meet the rising application requirements of metal materials. Nano-boron nitrides such as boron nitride nanosheet (BNNS) and boron nitride nanotube (BNNT) are ideal fillers for high-performance MMCs due to the large specific surface areas and excellent mechanical, chemical and thermal properties. The types and performance of nano-boron nitrides were systematically reviewed. The preparation method of nano-boron nitride re-inforced metal matrix composites was introduced. The research works that led to the advances in nano-boron nitride reinforced Cu, Al, and Ti matrix composites were summarized. The mechanical and wear properties of nano-boron nitride/metal composites were concluded, and the mechanisms improving performance of composites were also revealed. Finally, the promising outlook of nano-boron nitride/metal composites is prospected.KEY WORDS: nano-boron nitride; metal matrix composite; mechanical properties; wear properties航空航天、深海舰船、汽车交通、核电、化工、能源等领域的迅猛发展使金属基复合材料的服役条件日趋复杂和苛刻。

功能化氮化硼纳米管磁性的理论研究

体系发生自发磁化，而具有磁性的氢化ＢＮ纳米管是一种亚稳结构．与此相反，具有磁性的氟化ＢＮ纳米管是
稳定结构，其磁矩随着覆盖率的增加而增大，电子学性质与氟原子在Ｂ其Ｎ纳米管表面的覆盖结构有关．因
此，有磁性的氟化Ｂ纳米管比氢化Ｂ具ＮＮ纳米管在实验上更容易实现．以预见，性氟化Ｂ可磁Ｎ纳米管将在自旋电子器件的制作中发挥巨大的应用价值．
［关键词］氮化硼纳米管；氢化；氟化；自发磁化［中图分类号］０６４［文献标识码］Ａ［文章编号］１７２９（０００Ｏ６０６２— ５０２１）６一０４— ８
１引言
近年来，由于非金属磁性材料在自旋电子学中潜在的巨大应用价值而使其成为非金属材料领域研究的热点之一．别是在实验上发现含有ｃ特 ∞的聚合物体系和质子辐照的石墨＿具有常温铁磁特性２以来，对非金属材料的磁性机制以及具有类似性质的材料进行了大量的理论研究．ｅｔｅ人－采Ｌｈｉｎ等ｎ４
虽然在理论上对非金属磁性材料进行了大量的研究为实验上合成这类材料提供了有价值的理论指导然而在实验上合成含有特定缺陷的纳米材料是非常困难的因此成功合成非金属磁性纳米材料具有很大的挑战性
第３第６期２卷
２１００年１１月
泰山学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＳＡＩＨＡＮＵＮＶＥＲＩＹＩＳＴ

氮化硼纳米管与碳纳米管的异同

氮化硼纳米管与碳纳米管的异同氮化硼纳米管和碳纳米管都是纳米材料的一种，它们在材料性质、制备方法、应用领域等方面有着一定的异同。

首先来看两种纳米管的相同点。

氮化硼纳米管和碳纳米管都是直径在纳米级尺寸范围内，长度可达数十微米以上的纳米管状材料。

它们的直径通常在1-100纳米之间，比普通的材料更加细小，因此具有很大的比表面积。

由于纳米管的特殊结构和尺寸效应，具有许多优异的性能，比如高比表面积、高强度、良好的导电性和导热性等。

因此，氮化硼纳米管和碳纳米管都具有很强的应用潜力。

其次，我们来看两种纳米管的异同点。

在材料性质方面，氮化硼纳米管是由氮化硼原子构成的纳米管，具有很高的硬度和热导率，同时还具有优异的化学稳定性和电学性能。

碳纳米管则是由碳原子构成的纳米管，具有优异的力学性能和导电性能，同时也具有很高的化学稳定性。

因此，氮化硼纳米管和碳纳米管在某些性能方面有相似之处，但在其他方面又有着明显的差异。

在制备方法方面，氮化硼纳米管的制备相对较为困难，目前主要通过化学气相沉积、化学气相沉积等方法来制备。

而碳纳米管的制备方法比较多样，主要包括电弧放电法、化学气相沉积法、化学汽相沉积法等多种方法。

因此，制备氮化硼纳米管相对来说更为困难，技术要求更高。

在应用领域方面，氮化硼纳米管和碳纳米管也有着各自的特点。

氮化硼纳米管由于其优异的硬度和导电性能，在纳米材料增强复合材料、导热材料、电子器件等领域都有着广泛的应用。

而碳纳米管由于其优异的力学性能和导电性能，被广泛应用于材料强化、导电材料、催化剂载体等领域。

综上所述，氮化硼纳米管和碳纳米管虽然在材料性质、制备方法、应用领域等方面有着一定的异同，但都具有很强的应用潜力。

随着纳米技术的不断发展，相信这两种纳米管在未来将有着更广泛的应用和发展。

氮化硼纳米管热输运性能的分子动力学模拟

ｌ７０７
［ｔｌＡｒｅｉ】
ｗ．ｘ．ｕｅｕｃｗｗｗｈｂｐ．．ｋｄｎ
氮化硼纳米管热输运性能的分子动力学模拟
高宇飞孟庆元 ’ 张璐刘甲秋。荆宇航
ｌ哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨１００；中国医科大学，阳１００；哈尔滨玻璃钢研究院，５０１沈１０１哈尔滨１００）５０１摘要：采用基于声子散射理论的ＢｌｍａｎＰｉｒ声子传输方程（Ｔ）ｏｚｎ．ｅｅｌｔｓＢＥ和非平衡态分子动力学模拟（ＭＤ）ＮＥ
Ａｂｔｃ：ＴｅＢｌｍａｎＰｉｒｐｏｏｒｎｐｒｅｕｔｎ（Ｔ）ａｄｏ－ｑｉｒｍｓｒｔａｈｏｔｚｎ．ｅｅｌｈｎｎｔｓｏｔｑａｉｓａｏＢＥｎｎｎｅｕｌｉｍｏｅｕａｉｕｂｌｃｌｒｄｎｍｉｓｓｍｕｔｎ（ＭＤ）ａｅｕｅｏｉｖｓｉａｅｔｅｔｅｍａｔｎｐｒｐｏｅｔｓｏｏｏｉｉｙａｃｉｌｉＮＥａｏｒｓｄｔｎｅｔｔｈｈｒｌｒｓｏｒｐｒｅｆｂｒｎｎｔｄｇａｔｉｒｅ
ＢｏｒｔｉｅＮａｏｕｅｏｎＮｉｄｎｔｂｓｒ
ＧＡＯ — ｅ’ ＹｕＦｉＭＥＮＧｎ — ａ ’ ＱｉｇＹｕｎＺＨＡＮＧｕＬ。ＬＵＪａＱｉ。Ｉｉ－ｕＪＮＧ — ｎ，ＩＹｕＨａｇ’
（ｃｏｌｆｓｒｎｕｉ，ｒｉｓｔｔｏｅｈｏｇ，ｒｉ５０１ＰＲＣｉａ。ｈｎｄｃｌｎｖｒｉ，ｈｏＡｔａｔｓＨａｂｎｎｔｕｅｆＴｃｎｌｙＨａｂｎ１００，．ｈ；ＣｉａＳｏｏｃＩｉｏｎＭｅｉａｉｓｔＵｅｙ

常见固体硬度排行

常见固体硬度排行
常见固体硬度排行如下，从硬到软依次为：
1. 钻石（金刚石）：是目前已知的最硬物质，其硬度值为10，由纯碳元素组成，结晶形式为立方晶系。

不仅硬度高，还有很好的导热性和光学性能。

2. 氮化硼纳米管：莫氏硬度为9.5，是一种具有类石墨平面六角网状结构的纳米材料。

3. 六次甲基合氢化铬：硬度预计为9-10，是一种碳原子链构成的线性材料，具有卓越的力学特性和高硬度。

4. 氮化物陶瓷材料：莫氏硬度为9，是一类由氮与金属或非金属元素形成的陶瓷材料，具有出色的力学、化学、电学、热学和高温物理性能。

5. 碳化钨：莫氏硬度为8.5，是一种由钨和碳组成的化合物。

此外，还有一些其他固体也具有较高的硬度，如蓝丝黛尔石（又名六方金刚石）、钯微合金玻璃等。

但请注意，不同固体的硬度值可能因测试方法和条件的不同而有所差异。

铁纳米线-氮化硼纳米管复合结构的形成及其压缩性质的模拟研究

（ｃｏｌｆＰｙ￣ｓｚｌｃｏｉＳｉｎｅ鲫ｈｏｏｈｓ，Ｅｅｔｎｃｃｅｃ，ｔＳｏｄｒ
（ｕｎｏｏ９ＳｃｎａｙＳｈｏＧ，０１５０Ｃａ￣ｈｕＮ．ｅｏｄｒｃｏｌ５０２，Ｇ＇８，
Ａｓｒｃ：ｈｍａｉｆｙｎｎｎｗ￣ｓｊｓｅａｂｒｎｎｔｄａｏｂｆｅＷ＠ＢＮ）ｎｅｃｍｒｓｉｂｔａｔＴｅｆ０ｔｎｏｏａｏｉｉｏｏ．ｉｉｅｎｎｔｅＦＮｏｌｉｄｎｒｕＮＴａｄｔｏｐｅｓｎｈｏ
第２８卷第１期
２１０２年１月
无
机
化
学
学
报
ＣＨＮＥＥＪＲＮＡＬＯＦＩＯＲＧＡＮＩＨＥＳＲＹＩＳ０ＵＮＣＣＭＩＴ
Ｖ１８Ｎｏ１ｏ．．２１５１０２ —３
铁纳米线一氮化硼纳米管复合结构的形成及其压缩性质的模拟研究
ｆｎｄｉｓｅＮｆ，，ｈｒａｒｅｏｑｅｏｔｒｉｅｅｏｅｉ５５ｗｅｅｓｈｅｕｕｔｆｎｅｔｎｄＦＮＷｉｅｉａｓｅｌｒｒｅｓｅＮ８８．ｎｎｄＢ１ｔｂｉｗｗｔａｌｌｈｌａｅｆｍｄｉｉ（，）ｈｈｃｏｎｄＢ
文献标识码：Ａ
文章编号：１０．８１０２０ —１５００１６（１）１２－６４２０
ＳｉｕａｉｎｓａｃｏｒａｉｎａｍｐｒｓｉｏｅｔｅｆＩＯｍｌｔｏＲｅｅｒｈｎＦｏｍｔｏｎｄＣｏｅｓｏｎＰｒｐｒｉｓｏｒｎＮａｏｒｎｄＢｏｏ－Ｒｒｄｎｏｕｍｐｓｔｔｔｒｓｎｗｉｅａｒｎ．ＮｉｅＮａｔｂｅＣｏｏｉｅＳｕｃｕｅ

单壁氮化硼纳米管储氢的理论研究

常数．同粒子间的相互作用参数和Ｏ采用Ｌｒｎｚｅｔｅｔ不ｒｏｅｔ —Ｂｒｌ组合规则计算，ｈｏ即
＝
，
￣／，【＝（－／Ｏ『Ｏ＋ｏ）２ｒｒｉ
（）２
实施ＧＭＣ模拟之前，Ｃ采用Ｗｉｏ测试粒子法和周期边界流体系统的压力算法得到２３ｄｍ９Ｋ
２中国科学院等离子体物理研究所，．安徽合肥
２０３；．３０１３合肥学院数理系，安徽合肥
２０２）３０２
摘
要：采用蒙特卡罗方法模拟常温、中等压强下单壁氮化硼纳米管的储氢，点研究了单壁氮化重
硼纳米管的管径、长和手性以及压强对其物理吸附储氢的影响．单壁碳纳米管的物理吸附储氢相比管与
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１９９１年Ｉｉ发现碳纳米管（ＮｉｍａｊＣＴ—Ｃｒｏａｏｕｅ）２，９７年Ｄｌｎ等人揭示ＣＴ是一种高ａｂｎＮｎｔｂｓ［１９ｊｉｏｌＮ
效的新型储氢材料，从而在国际上激起了ＣＴ储氢研究的高潮一然而，验和理论研究的多数结Ｎ．实果表明，在常温和中等压强下，利用ＣＴ及其阵列储氢，难达到美国能源部提出的商业标准．９４年Ｎ很１９Ｒｂｏ等人从理论上预言了氮化硼纳米管（ＮＴ—ＢｒｉｉｅＮｎｔｂｓ的存在－，９５年ＣｏａｕｉＢＮｏｏＮｔｄａｏｅ）ｎｒｕ９１９］ｈｒｐ等人首次合成了ＢＮ＿越来越多的理论和实验研究表明，ＮＴ储氢所需的能量比ＣＴ少，的ＮＴｌ …．ＢＮＮ它管径比ＣＴ大（径可达数百纳米）Ｊ化学性质比ＣＴ更稳定，比ＣＴ更具潜力的储氢材料．Ｎ直 ¨ ，Ｎ是Ｎ鉴于ＢＮＮＴ储氢的实验及理论研究结果至今尚未见报道，者采用巨正则蒙特卡罗（Ｃ笔ＧＭＣ— ＧａｄＣｎｎｃｌｎｅＣｒ）法，ｒｎａｏｉａＭｏｔａｌ方ｏ系统地研究了常温和中等压强下单壁氮化硼纳米管（ＷＢＮＳＮＴ— ＳｎｌＷａｅｏｏｉｉｅＮｎｔｅ）ｉｇｅｌｄＢｒｎＮｔｄａｏｕｓ的物理吸附储氢特性，出了ＳＮＴ的物理吸附储氢量（量ｌｒｂ给ＷＢＮ质

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参考文献
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[2 ] 北京化学试剂公司 1 化学试剂 (精细化学品手册) [ M]1 化学工业出版社 ,2002. 6631
[3 ] 樊能延 1 有机合成事典[M]1 北京理工大学出版社 ,1995 ,3711 [4 ] 林原斌 ,等 1 化学世界 ,1998 , (2) :60 - 621
氮化硼纳米管
中国科学院物理所微加工实验室与日本物质材料研究机构合作 ,近日采用化学气相沉积法获得了 N 型的氮化硼半导体纳米管。氮化硼作为宽带隙材料具有优异的物理性质和良好的化学惰性 ,是制作高可靠性器件与电路的理想电子材料之一。与碳纳米管的电子结构明显依赖于管径与螺旋度等因素不同 ,氮化硼纳米管通常表现出稳定一致的电学特性 ,有着诱人的前景。而实现氮化硼纳米管的掺杂、诱导其半导体特性 , 是实现该材料大规模应用的关键。对氮化硼纳米管结构进行的系统表征证明 ,这是一种稳定的掺杂结构。研究者发现 F 掺杂实现了氮化硼纳米管从绝缘体向半导体的转变 ,低于 5 %的 F 掺杂浓度使氮化硼纳米管的电导提高 3 个数量级以上。这一结果为采用该材料制作纳米电子器件的研究奠定了基础。
表 3 反应时间对酯产率的影响
反应时间/ min 酯产率/ %
60 54. 35
80 58. 32
100 7Leabharlann . 56120 67. 45
显然 ,酯收率在反应时间为 100min 时最高 ,随时间的增长又逐渐下降 ,因为酯反应是一可逆反应 , 部分酯可能发生了水解 ,适宜的反应时间应控制在 100min 左右。
由表 4 可知 ,异戊醇、乙酸摩尔比 1 :2 时产率最
高。
214 催化剂种类对酯产率的影响
当酸醇摩尔比为 2 :1 ,不同种类的催化剂对反
应的影响 ,见表 5 。
表 5 不同催化剂对酯产率的影响
催化剂 (1g/ 0. 1mol 异戊醇)
CTMAB
TBAB
四丁基碘化铵
酯的产率/ %
77. 56
69. 67
66. 53
由表 5 可知 ,催化剂具有一定的选择性 ,对于该反应体系 ,CTMAB 催化效果最好。
3 结论
以冰乙酸和异戊醇为原料 ,合成乙酸异戊酯 ,采用 CTMAB 作相转移催化剂 ,收率达到 77. 56 %。其最佳反应条件为 : 乙酸 : 异戊醇比为 2 : 1 ; 催化剂 (CTMAB) 为 1g/ 0. 1mol 异戊醇 ;反应时间 100min 。
213 乙酸、异戊醇摩尔比对产率的影响
确定 CTMAB 用量为 2. 0g ,反应 100min ,采用不
同醇酸比对酯产率的影响 ,结果见表 4 。
表 4 摩尔比对产率的影响
异戊醇/ 乙酸
1 :1 1 :1. 5 1 :2 1 :2. 5
酯产率/ %
53. 13 59. 24 77. 56 63157
2005 年第 8 期苏丽红等 :相转移催化合成乙酸异戊酯
11
表 1 产品物性
产品状态颜色气味产率/ % 折光率溶解性
乙酸异
无色水果
液体
戊酯
透明香味
1. 4002
溶于
77. 56 (1. 4000) [4] 400 份水
红外光谱与乙酸异戊酯 IR 图一致。
2. 5 68. 25
用 CTMAB 作相转移催化剂产率远高于无 CTMAB 时的产率 ,且催化剂用量以 2. 0g 为宜。
212 反应时间对酯产率的影响
当酸醇摩尔比为 0. 4 : 0. 2 ( 2 : 1) , CTMAB2. 0g 时 ,改变反应时间进行实验 ,结果见表 3 。
2 结果与讨论
211 催化剂用量对产率的影响
当酸醇摩尔比为 0. 4 :0. 2 (2 :1) ,反应 100min ,改变相转移催化剂用量进行实验 ,结果见表 2 。
表 2 催化剂用量对酯产率的影响
CTMAB/ g 酯产率/ %
0. 0 52. 62
1. 5 65. 30
2. 0 77. 56
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