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六方氮化硼（h-BN）憑借其優(yōu)異的熱導(dǎo)性、電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。盡管面臨表面化學(xué)惰性等挑戰(zhàn)，隨著功能化改性技術(shù)的不斷發(fā)展，h-BN的應(yīng)用范圍持續(xù)拓展。

氮化硼是一種由氮原子（N）和硼原子（B）以化學(xué)鍵結(jié)合形成的無機(jī)化合物，具有多種晶體結(jié)構(gòu)形式，包括六方氮化硼（h-BN）、立方氮化硼（c-BN）和無定形氮化硼等。

其中，六方氮化硼（h-BN）因其與石墨類似的層狀結(jié)構(gòu)和晶體構(gòu)造，被俗稱為“白石墨”，也常被稱為“白色石墨烯”。

h-BN也擁有許多優(yōu)異性質(zhì)，例如：機(jī)械強(qiáng)度高、吸附性能好、熱穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱系數(shù)高。

然而，h-BN也因其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出與石墨烯不同的特性。在h-BN的納米片中，氮原子（N）由于電負(fù)性較高，吸引了更多電子，使其電子分布更偏向N原子，而非石墨烯中那樣的均勻分布。這一特性導(dǎo)致h-BN的導(dǎo)熱率較石墨烯有所降低，但賦予了它其他優(yōu)勢(shì)，包括：卓越的抗氧化性、寬禁帶、優(yōu)異的電絕緣性。

然而，原始的六方氮化硼材料在實(shí)際應(yīng)用中往往存在表面化學(xué)惰性和性能局限的問題。通過功能化改性，不僅可以突破這些限制，還能為其在新興領(lǐng)域的應(yīng)用開辟更多可能性。

六方氮化硼的功能化

h-BN 的高化學(xué)惰性使其應(yīng)用受到了很大的限制。通過 h-BN 的功能化，拓展其應(yīng)用范圍成為具有挑戰(zhàn)的課題。以下是常見的功能化方法。

1、非共價(jià)鍵改性

①路易斯酸堿相互作用

基于路易斯酸堿之間的相互作用，烷基胺和 h-BN 通過烷基胺中氮原子存在的孤對(duì)電子作為路易斯堿。氨化硼中硼原子中的p空軌道作為路易斯酸來接受烷基胺中氨原子的孤對(duì)電子，在一定程度改善了氮化硼的分散性。

②π-π相互作用

如球磨技術(shù)將膽酸鈉與 h-BN 共同研磨和用聚多巴胺的芳香結(jié)構(gòu)與 BNNSS 的π-π相互作用以及范德華力相互作用將其進(jìn)行修飾。

出于分散或者穩(wěn)定的目的，將 BNNSS 進(jìn)行非共價(jià)修飾的工作，雖然已經(jīng)有了很大的進(jìn)展，但是相對(duì)于石墨烯非共價(jià)鍵功能化而言則顯得較為遜色，由于氮化硼各種優(yōu)異的性能，通過其他一些非共價(jià)作用力進(jìn)行改性的工作已經(jīng)完成或者正在進(jìn)行中。

2、共價(jià)功能化

①羥基化

經(jīng)羥基化改性后的六方氮化硼可通過酯化反應(yīng)進(jìn)一步連接有機(jī)碳鏈，應(yīng)用于生物工藝、基質(zhì)填充等眾多領(lǐng)域，大大拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。-OH修飾不僅可以提高氮化硼基質(zhì)的填充性能，克服h-BN的疏水性，并且對(duì)其生物過程以及進(jìn)一步形成氨化硼派生物具有重要的影響。h-BN的羥基化可以分為物理法和化學(xué)法。物理法包括堿(如氫氧化鈉)輔助球法、次氯酸鈉輔助球磨法、風(fēng)化法、高溫退火法、熱蒸汽法、超聲法等;化學(xué)法包括過氧化氫法、熔融氫氧化物處理法、堿溶液處理法等。

②氨基化

用NH₂修飾的h-BN納米片具有優(yōu)異的水溶性，經(jīng)脫水處理可得到質(zhì)量良好的氣凝膠和近乎透明的薄膜，h-BN的氨基化法包括超聲降解法、球磨法等。

③摻雜異質(zhì)原子

為了改善某種材料或物質(zhì)的性能，在這種材料或物質(zhì)中加人少量其他元素或化合物，使材料基質(zhì)產(chǎn)生特定的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)等性能。摻雜是指在一種基質(zhì)中摻入少量其他元素，使基質(zhì)產(chǎn)生特定的電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性能。當(dāng)相互替代的原子或離子尺寸愈相近，核外電子特性愈接近時(shí)，愈易形成有效摻雜。

④烷基化

由于h-BN中，B、N原子分別具有路易斯酸、堿特性，因此可以分別接人堿性和酸性基團(tuán)進(jìn)行修飾。

⑤超鹵素化

超鹵素是一類電子親和能強(qiáng)于鹵素的基團(tuán)或分子，引人超鹵素能夠賦予氮化硼特殊的物理化學(xué)性能。

3、物理功能化

另外h-BN也可以用物理法功能化，主要是通過調(diào)節(jié)其微觀形貌，賦予其新的功能。一般商業(yè)的h-BN多呈片狀，可以通過改變其微觀結(jié)構(gòu)成為0D的量子點(diǎn)、1D的h-BN納米管、2D的h-BN、3D的h-BN泡沫。低維度的氮化硼作為氮化硼家族的重要組成部分，近年來發(fā)展迅速并取得了許多成績(jī)。

功能化h-BN的應(yīng)用前景

1、導(dǎo)熱領(lǐng)域

雖然h-BN與石墨有著相似的結(jié)構(gòu)，但是h-BN中的電子幾乎都定域在N原子周圍，所以h-BN中幾乎沒有自由電子。h-BN與碳材料不同，導(dǎo)熱時(shí)僅依靠聲子，但并不妨礙h-BN具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。又因其絕緣特性，使得h-BN在電子封裝等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)h-BN被引入到聚合物基體中時(shí)，導(dǎo)熱填料上的極性和表面化學(xué)基團(tuán)，與聚合物基體的相容性較差，導(dǎo)致其在復(fù)合材料中的團(tuán)聚和不均勻分散，因此需對(duì)填料進(jìn)行了表面改性，以改善其在聚合物基體中的分布和相容性。

因?yàn)閺?qiáng)B-N共價(jià)鍵難以改變，所以采用兩步法實(shí)現(xiàn)了h-BN的成功共價(jià)修飾。首先，通過氧化或氨化法將氫氧化物（-OH）或氨基（或-氨基）引入h-BN表面。其次，其他復(fù)雜的官能團(tuán)通過與-OH或-氨基基團(tuán)的相互作用而被接枝到h-BN上，以改變其表面性質(zhì)。由于B原子和N原子的固有離子特性，親核基團(tuán)和親電基團(tuán)分別攻擊B原子和N原子。例如：Zhang等將氨基端大分子鏈引入BN表面（ATBN），這些鏈中的氨基與橡膠聚合物基體中的羧基（-COOH）反應(yīng)，所得到的羧化苯乙烯—丁二烯橡膠/ATBN功能化（XSBR/ABN）復(fù)合材料與傳統(tǒng)的XSBR/BN復(fù)合材料相比，具有較高的導(dǎo)熱性和力學(xué)性能。

2、微波吸收領(lǐng)域

h-BN具有良好的電絕緣性、超低的介電常數(shù)以及優(yōu)良的微波傳輸能力，通常被用作透波材料而不是吸波材料。然而，考慮到h-BN材料具有優(yōu)良的電絕緣性、低介電常數(shù)，良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的微波傳輸性能，h-BN材料可以與其他材料結(jié)合以調(diào)節(jié)其介電性能，從而提高復(fù)合材料的微波吸收性能。

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