在新材料领域，氮化硼（BN）因其独特的性能而备受关注，不仅拥有高导热率和优异的绝缘性，还展现出了广泛的应用潜力，在多种形式下（如纳米片、纳米管和纤维）均有被深入研究。

其中，氮化硼纤维作为一种高强度、轻量化、耐腐蚀且具有优异导热性能的材料，正成为未来电子器件热管理和新型复合材料的重要方向。本文将从结构特性、制备技术和应用前景三个方面，探讨氮化硼纤维在材料科学中的独特魅力及发展挑战。

氮化硼连续纤维

关于氮化硼

氮化硼（BN）是一种具有蜂窝状原子结构的材料，其优异的导热性和绝缘性使其在热界面材料领域备受关注。与石墨类似，氮化硼也有立方、层状和纳米管等多种形态。

BN的四种主要结晶形式，即立方氮化硼（cBN；图a）；纤锌矿型氮化硼（wBN；图b）；斜方体氮化硼（rBN；图c）；以及六方氮化硼（hBN；图d）

氮化硼纤维的制备技术

氮化硼纤维是可以在超高温下长期使用的纤维，具有高强轻质、良好的耐腐蚀性、耐高温氧化性及透波等特点，因此，在学术界也受到广泛关注，在制备工艺上已取得重要进展。以下是几种关键制备方法：

1、无机前驱体法

无机前驱体转化法就是利用氧化硼（B₂O₃）或者硼酸（H₃BO₃）作为先驱体，将熔融 B₂O₃在低温条件下拉丝成纤维状并在NH₃气氛下氮化后再经过高温N₂气氛下氮化得到均匀的氮化硼纤维。

2、静电纺丝技术

静电纺丝法就是采用稳定电纺聚丙烯腈纤维沉积的氧化硼(B2O3)涂层合成了连续氮化硼纤维。Qiu等人研究了溶液涂布结合静电纺丝的方法，通过控制氧化硼溶液浓度，成功制备了直径可控的氮化硼纳米纤维。这种纤维在(002)面结晶高度取向，展现了优异的导热性。

3、有机前驱体转化法

有机前驱体转化法就是通过陶瓷前驱体聚合物热解和裂解路线，各种基于含有硼元素和氮元素的聚合物热解成功地转化为氮化硼纤维，通过有机聚合物先制备出纤维先驱体，然后通过聚合物热解和裂解形成氮化硼纤维

4、硼酸和三聚氰胺化学反应合成法

硼酸和三聚氰胺化学反应合成法就是以硼酸（H₃BO₃）和三聚氰胺（C₃H₆N₆）为原料，采用聚合前驱体法合成了六方氮化硼纤维。通过在N₂气氛中使用硼酸和三聚氰胺作为前驱体制备六方氮化硼纤维，通过硼酸和三聚氰胺混合法制备氮化硼纤维的前驱体，并通过化学反应制备出非晶态氮化硼纤维，并通过高温热处理工艺制备出具有晶态结构的六方氮化硼纤维。

5、三维打印法

如图所示，Yu等人发展了一种纤维纳米流体管道，通过三维打印的方法合成纤维素纳米纤维/氮化硼纳米片复合材料.其中纤维素纳米纤维兼具亲水性和疏水性，在挤出过程中会使得纤维素纳米纤维和氮化硼纳米片重新组装成连续和宏观的层层堆叠结构.

6、同轴湿法纺丝法

Lu等人提出了一种同轴湿法纺丝的方法制备氮化硼纳米片/聚合物复合纤维，实现纳米片高度取向。这一过程中发现了氮化硼纳米片的一种新的组装机制，利用同轴湿法纺丝在热拉伸过程中芯层和壳层之间界面处的压缩作用，可以有效诱导氮化硼纳米片在轴向方向上发生取向，热导率有明显提升，是非同轴纺丝热导率的两倍多。

氮化硼纤维的应用前景

氮化硼纤维具有优良的耐高温性能，优良的耐化学腐蚀性能，优良的介电性能，优良的电绝缘性能，优良的导热性能等特性，因此在工程领域具有广阔的应用前景。

1、增强剂

作为增强剂，它与陶瓷基体复合后可显著提高材料的机械性能，例如制备 BNf/BN、BNf/SiBCN、BNf/Si3N4 和 BNf/SiC 等复合材料，这些材料表现出优异的抗弯强度和韧性，广泛应用于航空航天和高温工程领域。

2、绝缘材料

此外，氮化硼纤维的热稳定性和电绝缘性能使其在绝缘材料中得到了广泛应用，特别是六方氮化硼纤维，更是许多高性能绝缘组件的重要材料来源。氮化硼纤维网络结构因其疏水性和亲油性，还可以作为油水分离材料，同时作为催化剂载体、复合材料增强材料和过滤器，在化学工业和环保领域展现了多样化的应用潜力。

3、功能材料

在功能材料开发方面，氮化硼纤维制备的三维网络结构材料具有优异的纤维网络性能，可在特殊环境中满足多种复杂需求。通过进一步与陶瓷或其他材料的复合，氮化硼纤维的应用将持续扩展，在工程、化工和电子领域展现更多可能性。

当前发展挑战与未来研究方向

尽管氮化硼纤维在多领域展现出巨大潜力，其发展仍面临以下挑战：

l 工艺成熟度不足：现有制备工艺如静电纺丝及聚合物转化法的稳定性仍需提高，特别是在规模化生产中，工艺波动可能导致产品性能不均。

l 成本控制：制备氮化硼纤维的高成本限制了其在商业化领域的大规模应用。

l 长纤维制备难题：如何突破单晶长纤维的制备技术瓶颈，是未来研究的重要方向。

以上难点对一些高要求的应用，可能构成一定的风险。此外，规模化制备难度大，使得市场上供应的氮化硼纤维数量有限，难以满足大规模生产和应用的需求。基于此，未来的研究和开发可以集中在优化氮化硼纤维的连续纺丝工艺开发、低成本制备等方面。

资料来源：

1、江涛,黄一丹.氮化硼纤维的制备技术及其研究发展现状和发展趋势及开发应用[J].现代技术陶瓷,2023,44(04):274-302.

2、奚启清,杨志诚,姚深冬,等.高导热纤维研究进展[J/OL].科学通报,1-20[2024-12-23].

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