球形氮化硼（BN）作為BN諸多形貌中的一種，具有熱導(dǎo)率高300W/(m·K)、硬度大（5000 kg/mm2）、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。與片、管、層狀BN相比，穩(wěn)定性和抗磨性好；有類似于石墨的晶型，潤(rùn)滑效果佳；顆粒填充量大，對(duì)復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的提升貢獻(xiàn)顯著，應(yīng)用前景廣泛。
1
球形BN的形成機(jī)理
目前，針對(duì)球形BN的形成機(jī)理主要包括三套理論，分別是殘余雜質(zhì)氧理論、晶體形態(tài)變化理論和球形模板理論。
殘余雜質(zhì)氧理論
殘余雜質(zhì)氧理論認(rèn)為球形形貌的形成主要依賴于Me2O基團(tuán)消除時(shí)殘余雜質(zhì)氧的產(chǎn)生。BN的形成機(jī)理為：B(OMe)3+NH3→BN+3MeOH。具體的化學(xué)形成機(jī)制如下圖。
球形BN的形成機(jī)制
晶體形態(tài)變化理論
晶體形態(tài)變化理論認(rèn)為硼單質(zhì)（B）的含量對(duì)球形形貌是否形成起到關(guān)鍵作用。根據(jù)晶體生長(zhǎng)形態(tài)變化規(guī)律：當(dāng)晶體沿<111>方向生長(zhǎng)快于晶體沿<100>方向生長(zhǎng)時(shí)，晶體的主要形態(tài)為四面體；當(dāng)晶體沿<100>方向生長(zhǎng)快于晶體沿<111>方向生長(zhǎng)時(shí)，晶體的主要形態(tài)為八面體或類球形。
球形模板理論
球形模板理論是指以表面活性劑或反應(yīng)體系中熔點(diǎn)較高的物質(zhì)形成的最小球體為模板，BN球面層層增加，直徑逐漸擴(kuò)大，最終形成一個(gè)BN球。
以Na2O為模板的球體形成過(guò)程
2
球形BN的制備方法
球形BN的制備主要在傳統(tǒng)片、層狀BN制備方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)改進(jìn)操作步驟或控制反應(yīng)條件使BN呈現(xiàn)球形，主要包括化學(xué)氣相沉積（CVD）法、溶劑熱法、氣溶膠法、熱解法以及噴霧干燥法等。
化學(xué)氣相沉積法（CVD）
化學(xué)氣相沉積法（CVD）是最早提出可用于制備球形BN的合成方法。研究表明單獨(dú)使用CVD法并不能得到球形形貌的BN，需要在其他合成法的輔助作用下完成，比如有氣溶膠輔助CVD法、熱解法輔助CVD合成法等等，通過(guò)控制反應(yīng)條件（主要是溫度）來(lái)形成球形BN。
溶劑熱法
溶劑熱法可在相對(duì)較低的溫度下制備出粒徑為納米級(jí)別的球形BN，但溶劑熱法在形貌方面的控制不理想；氮源種類、反應(yīng)溫度、表面活性劑等均對(duì)產(chǎn)物有影響，誘導(dǎo)晶粒不利于球形形貌的形成。
氣溶膠法
氣溶膠法分為一步氣溶膠法和二步氣溶膠法：一步法相對(duì)于二步法沒(méi)有第二階段的氮化反應(yīng)，操作簡(jiǎn)單，但產(chǎn)物氧碳雜質(zhì)含量高；二步法效率高，B的損失率低，終產(chǎn)物無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象。
熱解法
熱解法要求原料易從固相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，熱解過(guò)程中的釋放物無(wú)毒或低毒。如高溫氣相熱解氨硼烷（BH3NH3）制備球形BN時(shí)，BH3NH3催化作用下即由固相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，無(wú)毒且不含氧碳，有利于BN純度的提高。熱解法制備球形BN時(shí)，原料種類、催化劑、加熱時(shí)間都將影響球形結(jié)構(gòu)的形成。
噴霧干燥法
噴霧干燥法制備球形氮化硼的過(guò)程可分為3個(gè)基本步驟：漿料的制備（氮化硼穩(wěn)定分散液），噴霧干燥，真空燒結(jié)。該方法適用于制備高導(dǎo)熱特性的球形BN。
噴霧干燥制備球形氮化硼的流程示意圖
其他方法
除了以上幾種方法，各國(guó)研究者也通過(guò)直接反應(yīng)法、球磨法、高壓反應(yīng)法等得到了球形BN。
3
球形BN的應(yīng)用前景
高功率電子器件
球形BN具有較高的熱導(dǎo)率，可作為聚合物/無(wú)機(jī)復(fù)合材料的導(dǎo)熱填料。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)高性能散熱材料的需求日益增加，球形BN熱界面材料將成為半導(dǎo)體封裝、集成電路散熱等領(lǐng)域的理想材料。
航空航天、汽車制造
在航空航天、汽車制造等行業(yè)中，輕量化和高強(qiáng)度是材料選擇的重要標(biāo)準(zhǔn)。球形BN作為增強(qiáng)相添加到樹(shù)脂、陶瓷或金屬基體中，可以顯著提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能，同時(shí)保持較低的密度，滿足了這些行業(yè)對(duì)高性能復(fù)合材料的需求。
能源存儲(chǔ)設(shè)備
在鋰離子電池、超級(jí)電容器及其它能源存儲(chǔ)設(shè)備中，球形BN可用作導(dǎo)熱填料或隔離層，改善電池的熱管理并提高其安全性和循環(huán)壽命。
未來(lái)，隨著全球電子產(chǎn)業(yè)與綠色技術(shù)的蓬勃發(fā)展，球形BN有望成為下一代高性能材料的核心組分。
參考來(lái)源：
1.王策等. 球形氮化硼的研究進(jìn)展. 中國(guó)陶瓷
2.胡清華. 高導(dǎo)熱球形氮化硼復(fù)合環(huán)氧樹(shù)脂制備方法及性能研究. 重慶大學(xué)
3.聚億信息咨詢：2025年全球球形氮化硼市場(chǎng)專業(yè)調(diào)查研究報(bào)告
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！進(jìn)粉體產(chǎn)業(yè)交流群請(qǐng)加中國(guó)粉體網(wǎng)編輯部微信：18553902686
熱門跟貼