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应用再突破!“白色石墨烯”高效吸收油污并能重复使用

澳大利亚迪肯大学先进材料研究所的研究人员发现,被称为“白色石墨烯”的氮化硼具有清洁污染水域的能力,是一种很有市场前途的新一代材料。

“白色石墨烯”的原子形成相互连接的围栏形状的结构,可以有效吸收有机污染物,例如化工产品和机油。比类似“纳米材料”优越的地方在于,这种新材料非常易于清洁和重复利用。研究表明氮化硼的性能显著优于许多纳米材料,更大大优于传统材料。

关于氮化硼

氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体。化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮,具有四种不同的变体:六方氮化硼(H-BN)、菱方氮化硼(R-BN)、立方氮化硼(C-BN)和密排六方氮化硼(W-BN/纤锌矿氮化硼)。

将B2O3与NH4Cl共熔,或将单质硼在NH3中燃烧均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型层状结构,即六方氮化硼,呈现松散、润滑、易吸潮、质轻、难溶、耐高温等性状的白色粉末,所以又称“白色石墨”。

另一种是金刚石型,即立方氮化硼。和石墨转变为金刚石的原理类似,石墨型氮化硼在高温(1800℃)高压(800Mpa)下可转变为金刚型氮化硼。这种氮化硼中B-N键长(156pm)与金刚石在C-C键长(154pm)相似,密度也和金刚石相近,它的硬度和金刚石不相上下,而耐热性比金刚石好,是新型耐高温的超硬材料,用于制作钻头、磨具和切割工具。

六方氮化硼无明显熔点,在0.1MPA氮气中3000℃升华,在惰性气体中熔点3000℃,在中性还原气氛中,耐热到2000℃,在氮气和氩中使用温度可达2800℃,在氧气气氛中稳定性较差,使用温度1000℃以下。六方氮化硼不溶冷水,水煮沸时水解非常缓慢并产生少量的硼酸和氮;与弱酸和强碱在室温下均不反应,微溶于热酸,用溶融的氢氧化钠,氢氧化钾处理才能分解。

六方氮化硼是陶瓷材料中导热最大的材料之一,导热率为石英的十倍,高导热系数热压制品为33W/M.K和纯铁一样;膨胀系数相当于石英,是陶瓷中最小的,在c轴方向上的热膨胀系数为41x10^6/C 而在d轴方向上为-2.3x10^6/C,所以抗热震性能很好。氮化硼也是陶瓷中最好的高温绝缘材料,击穿电压3KV/MM,低介电损耗108HZ时为2.5x10^-4,介电常数为4,可透微波和红外线。

六方氮化硼的摩擦系数低至0.16,高温下不增大,比二硫化钼,石墨耐温高,氧化气氛可用到900℃,真空下可用到2000℃。常温下润滑性能较差,故常与氟化石墨、石墨与二硫化钼混合用作高温润滑剂,将氮化硼粉末分散在油中或水中可以作为拉丝或压制成形的润滑剂,也可用作高温炉滑动零件的润滑剂,氮化硼的烧结体可用作具有自润滑性能的轴承、滑动零件的材料。

六方氮化硼的压缩强度为170MPa,可机械加工性其硬度为莫氏2,所以可用一般机械加工方法加工成精度很高的零部件制品。

六方氮化硼的用途

1. 高温固体润滑剂,例如各种光学玻璃脱膜剂、金属成型的脱模剂和金属拉丝的润滑剂、冶金上用于连续铸钢的分离环

2. 高温状态的特殊电解、电阻材料,例如:高压高频电及等离子弧的绝缘体、做各种镀铝的蒸发舟

3. 防止中子辐射的包装材料,例如:原子反应堆的结构材料

4. 压制成各种形状,用做高温、高压、绝缘、散热部件,例如飞机、火箭发动机的喷口

5. 加工制成的超硬材料,可制成高速切割工具和地质勘探、石油钻探的钻头。

使用氮化硼的优势

氮化硼涂料采用优质氮化硼,具有耐高温、不黏结、抗腐蚀、散热导热等特性。与铝水不润湿,对与熔融铝、镁、锌合金及其融渣直接接触的材料表面可提供全面的保护。

氮化硼涂料广泛应用于重力浇铸、低压铸造、冲压、锻造和粉末冶金等领域。在有色熔融金属与模具、载具间起防腐、润滑、脱模作用,避免化学侵蚀、使其易脱膜、延长模具、载具的使用寿命,同时增加产能,或用作熔融金属与流槽之间隔离层的保护剂,有效保养流槽及其器具,焊接和炉内钎焊中能保护工件的表面,避免焊渣的飞溅,提供极好的焊接保护。

氮化硼具有极好的润滑性能以及高温稳定性,即便是在极高的温度下(能耐高温2800℃),氮化硼依然能保持其润滑性和惰性。采用氮化硼涂料后可以防止粘连,从而延长冲模/模具的寿命,提高产品的表面洁度,缩短生产时间,金属和陶瓷粉末的烧结通常是放在石墨板上进行,在石墨上涂一层氮化硼涂料后能明显地清除烧结过程中有可能出现的碳对烧结件的污染、反应以及粘结现象。在金属熔融和金属成形操作过程中,可以将氮化硼涂料涂在与热的或熔融金属接触的模具表面上以避免化学侵蚀、使脱模更容易、模具/冲模有更长的使用寿命。

氮化硼涂料的高温润滑性能是一种玻璃加工过程中的理想材料,有助于将玻璃制品的表面缺陷减至最低、使之更容易脱模,提高模具/压模的使用寿命,减少模具清理所需的时间,大多数玻璃不会与氮化硼粘结。

氮化硼涂料配方独特,既可以涂在热的表面也可以涂在冷的表面,无论在防腐、润滑度、附着力与耐磨性能上,都远胜于其他品牌的同类产品。

氮化硼牵手石墨稀 超硬材料引关注

美国麻省理工学院的研究人员引入一种单原子六方氮化硼,即厚度、属性和石墨烯类似的材料,并将一层石墨烯置于其上,最终得到的混合材料,既有石墨烯的导电特性,还具备了建造晶体管所必需的能隙。科学家们将此次发现定义为未来科技的突破。

自十几年前石墨烯诞生以来,这一材料就一直让科学家们着迷。这种仅仅一个原子厚度的碳元素材料拥有出色的电子特性、强度及超轻重量,用途也在不断拓宽,但是如何为其植入能隙从而制造晶体管和其它电子设备,却始终让科研人员束手无策。如今,麻省理工学院(MIT)的研究人员在这方面取得了重大突破,甚至有望改变石墨烯物理学的一些理论预测。据媒体报道,研究人员引入了另一种单原子厚度、属性和石墨烯类似的材料六方氮化硼,并将一层石墨烯置于其上,最终得到的混合材料既有石墨烯的导电特性,还具备了建造晶体管所必需的能隙。