在能源、化工等领域，换热器、变压器、反应釜等关键装备常年暴露于高温、高湿、高盐雾的严酷腐蚀环境中。传统有机防腐涂层虽能暂时隔绝腐蚀介质，但其极低的导热系数（通常低于0.5W/(m·K)）严重阻碍了设备运行中产生的热量散发，不仅易导致涂层下形成局部高温热点，加速聚合物老化、起泡、剥落，引发涂层快速失效，更可能因散热不畅影响设备效率，甚至引发过热故障，带来巨大的安全风险与经济损失。六方氮化硼（hBN）作为一种具出色导热性与卓越绝缘防腐特性的二维纳米材料，为解决这一长期困扰工业界的“散热”与“防腐”矛盾提供了创新性的解决方案。

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hBN何以成为苛刻环境的理想防护材料？

六方氮化硼（hBN）被誉为“白色石墨烯”，其微观结构由硼、氮原子交替排列成蜂窝状层状结构，层内以强共价键结合，层间则通过范德华力相连。得益于这种，hBN作为填料，可赋予涂料两大关键特性：

1、优异导热性：高度有序的晶格结构，使得hBN在通过晶格振动（声子） 传递热量时能够极大减小声子散射，面内热导率可达300W/（m·K）以上，是聚合物的数百倍。当其含量足够、均匀分散或定向排布在聚合物内时，能在涂层内搭建起高效的导热网络，将设备金属基体产生的热量快速传导至涂层表面散失，消除局部过热，从根本上保护涂层本体及基材。

2、防腐：hBN层状结构致密，且本身化学性质稳定，耐酸碱腐蚀。当其水平定向排列在涂层中时，可极大地延长了腐蚀介质（如水分子、氯离子）的渗透路径，形成极佳的物理阻隔效应，显著延缓腐蚀发生，为金属基材提供持久的被动防护。同时，其宽禁带特性使其具备极佳的电绝缘性，添加进涂料基体中不会产生“电偶腐蚀”现象，这是石墨烯、碳纳米管等导电填料无法比拟的关键优势。

关键技术：如何驾驭hBN？

尽管hBN在防腐涂层中应用前景广阔，但要使其卓越的本征性能完美发挥，有以下制备要点需要注意。

1、剥离

商业化hBN多为微米级厚片（多层堆叠）。其层间除了范德华力，还存在独特的 “lip-lip”相互作用（边缘键合），使得剥离成更少层数的纳米片难度增加。而较厚的片层之间界面热阻高，且柔性差，不利于在涂层中形成致密排列，影响涂层对金属的长效防护。目前常用的高效剥离氮化硼的技术主要有：

（1）化学剥离法：

与石墨烯剥离类似，hBN的剥离可使用碱金属、离子液体等插层剂预撑开hBN层间距，再通过快速膨胀或温和超声实现高效剥离，可获得高质量、少层的纳米片。不过，为了提高剥离效率，h-BN层间距略小，层间结合力更强，为了提高剥离效率，可使用小半径碱金属阳离子体系，碱金属阳离子半径越小，剥离效率越大，同时，碱金属的氢氧化物还可增加层片结构边缘的羟基数量，因此为后期修饰提供活性位点。

（2）液相超声剥离法

成功的液相超声剥离，是采用与hBN表面能匹配的溶剂（如 N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基甲酰胺（DMF）、异丙醇（IPA）等有机溶剂，也可使用更环保的水基溶剂，但必须添加分散剂或表面活性剂），用尽可能温和且可控的超声能量，将hBN层间“震松”而非“震碎”，具有操作简单、不涉及化学反应等特点，可与功能化改性同步进行，促进剥离，比较适合用于实验室规模的高质量纳米片制备，但放大到工业级生产面临效率和成本挑战。

（3）超临界剥离法

当物质的温度和压力同时超过其临界点时，它会进入一种兼具气体和液体优点的状态：像气体一样具有极高的扩散系数和极低的粘度，能无孔不入；又像液体一样具有可观的密度和溶解能力。利用超临界流体作为剥离介质，可以极易渗透并插入hBN的层间间隙，之后将反应容器快速泄压，溶解在层间的超临界流体会因压力骤降而急剧气化、体积膨胀，将hBN片层快速撑开、剥离，得到片层大、缺陷少、层数均匀（多为少数层），结晶性保持完好的产物，但该方法对设备要求高，成本高昂。

2、分散

hBN纳米片比表面积大、表面能高，极易因范德华力而重新团聚。团聚体不仅无法形成有效的导热/阻隔网络，可能还会在涂层中形成应力缺陷，成为腐蚀渗透的快速通道和力学薄弱点。而针对分散难题，对hBN进行功能化改性是关键手段。

·共价键改性：利用强酸处理、球磨辅助等手段在hBN边缘或缺陷处引入羟基、氨基等活性基团，再通过化学反应接枝相容性分子，由于共价键的键能高，这种改性机制的改性稳定性高，可实现长期、稳定的分散，且功能化设计强，但可能破坏hBN的本征结构。

·非共价键改性：利用表面活性剂、高分子分散剂通过π-π堆积、离子相互作用等物理吸附作用包裹hBN片层，利用空间位阻效应实现稳定分散。由于某些非共价相互作用（如氢键）具有动态可逆性，这种改性方式过程温和，不破坏hBN的晶格完整性，但物理吸附作用力远弱于化学键，在高应力、高温或长期使用下，改性剂可能脱附，

3、定向排布：

hBN在涂层中通常为随机分布，若能控制其在涂层中水平分布，则可有效发挥其大的比表面积效应，提高涂层的阻隔性能，并充分发挥其优异的面内热导率。常用的取向调控方式有：

·流场诱导取向：在涂料的喷涂、刷涂或刮涂施工过程中，利用流体剪切力自然地使片状填料沿流动方向（即平行于基材表面）排列。优化涂料流变性和施工工艺参数是控制关键。

·外场诱导取向：对于要求更高的应用，可采用磁场诱导排列（需先对hBN进行磁化改性）或电场诱导排列，实现对纳米片取向的精密控制。

小结

面对高温、高湿、高盐雾等严酷工业环境对设备“散热”与“防腐”的双重挑战，六方氮化硼（hBN）凭借其独特且均衡的高导热性与卓越绝缘防腐性能，提供了极具潜力的材料解决方案。通过精细的剥离、分散及定向排布等关键技术，hBN能够以纳米填料的形式在聚合物涂层中构建起高效的热传递通道与致密的物理阻隔网络，从而在保障设备高效散热、避免过热风险的同时，赋予金属基体长效稳定的腐蚀防护。尽管规模化应用中仍面临工艺优化与成本控制等挑战，但随着对hBN及其复合涂层制备技术的持续深入研究与创新，其有望引领新一代高性能多功能防护涂层的发展，为能源、化工等关键工业领域装备的可靠运行与长效安全提供坚实保障。

参考文献：

1、罗舒娟,邓玉媛,徐新宇,等.改性六方氮化硼/环氧树脂复合材料研究进展[J].化工新型材料.

2、曲宝,李彦秋,李海燕.二维纳米材料在防腐涂层中的应用研究进展[J].高分子材料科学与工程.

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