日前,华北理工大学团队领导开发的科研成果“压力诱导制备纳米球形氮化硼”发表在“金刚石材料”期刊上,这种高效新颖的粉体制备方法及其机理不仅有利于解决球形h-BN难以精准合成的痛点,并且在高端热界面材料、高导热绝缘陶瓷、电子封装及先进复合材料等领域具有广阔的应用前景。

六方氮化硼(h-BN)纳米材料凭借低密度、高热稳定性、优异耐腐蚀性及良好润滑性,在水处理、冶金、催化、电子封装等领域展现出巨大潜力。其中,球形h-BN因其独特的三维形貌、高比表面积及各向同性,在热管理材料中尤为亮眼——它可实现更高填充密度,在显著提升导热的同时保持电绝缘并降低热膨胀系数。此外,小尺寸球形粉体还具有高烧结活性,有望解决h-BN陶瓷致密化难的问题。
但是,精准合成高质量球形h-BN一直是个挑战。一方面,h-BN有类似石墨的片状晶型,优先沿横向生长,难以弯曲成球;另一方面,现有方法(如化学气相沉积、模板法、喷雾热解等)普遍存在设备昂贵、模板难除、原料有毒、产率低、粒径不均且粒径偏大等缺点。更重要的是,目前多数合成在常压下进行,而压力这一关键参数鲜少被用于调控h-BN球形形貌,通常工业上只是利用高压制备立方氮化硼。
本次科研团队开发的低温高压策略,系统考察了压力、保温时间、原料配比等参数的影响。科研人员发现,与常压产物相比,高压条件下合成的h-BN具有更规整的球形、更小的粒径、优异的均匀性和高球化度,即使在较低合成温度(900℃)下,所得h-BN仍具有高结晶度和良好热稳定性,突破了传统高温合成的局限,而且通过调节压力、时间和原料比例,能够实现对产物微观结构的精细控制。而对形成机制深入分析认为,高压环境之外,硼砂分解产生的偏硼酸钠或Na₂O也起到骨架效应,促进反应向h-BN生成方向进行。而这项研究为球形六方氮化硼的可控制备开辟了一条高效、低温、可调控的新路径,有望推动其从实验室走向工业化应用。
编译整理 YUXI