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      新聞詳細

      應用再突破!“白色石墨烯”高效吸收油污并能重復使用

      澳大利亞迪肯大學先進材料研究所的研究人員發現,被稱為“白色石墨烯”的氮化硼具有清潔污染水域的能力,是一種很有市場前途的新一代材料。

      “白色石墨烯”的原子形成相互連接的圍欄形狀的結構,可以有效吸收有機污染物,例如化工產品和機油。比類似“納米材料”優越的地方在于,這種新材料非常易于清潔和重復利用。研究表明氮化硼的性能顯著優于許多納米材料,更大大優于傳統材料。

      關于氮化硼

      氮化硼是由氮原子和硼原子所構成的晶體?;瘜W組成為43.6%的硼和56.4%的氮,具有四種不同的變體: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/纖鋅礦氮化硼)。

      將B2O3與NH4Cl共熔,或將單質硼在NH3中燃燒均可制得BN。通常制得的氮化硼是石墨型層狀結構,即六方氮化硼,呈現松散、潤滑、易吸潮、質輕、難溶、耐高溫等性狀的白色粉末,所以又稱“白色石墨”。

      另一種是金剛石型,即立方氮化硼。和石墨轉變為金剛石的原理類似,石墨型氮化硼在高溫(1800℃)高壓(800Mpa)下可轉變為金剛型氮化硼。這種氮化硼中B-N鍵長(156pm)與金剛石在C-C鍵長(154pm)相似,密度也和金剛石相近,它的硬度和金剛石不相上下,而耐熱性比金剛石好,是新型耐高溫的超硬材料,用于制作鉆頭、磨具和切割工具。

      六方氮化硼無明顯熔點,在0.1MPA氮氣中3000℃升華,在惰性氣體中熔點3000℃,在中性還原氣氛中,耐熱到2000℃,在氮氣和氬中使用溫度可達2800℃,在氧氣氣氛中穩定性較差,使用溫度1000℃以下。六方氮化硼不溶冷水,水煮沸時水解非常緩慢并產生少量的硼酸和氮;與弱酸和強堿在室溫下均不反應,微溶于熱酸,用溶融的氫氧化鈉,氫氧化鉀處理才能分解。

      六方氮化硼是陶瓷材料中導熱最大的材料之一,導熱率為石英的十倍,高導熱系數熱壓制品為33W/M.K和純鐵一樣;膨脹系數相當于石英,是陶瓷中最小的,在c軸方向上的熱膨脹系數為41x10^6/C 而在d軸方向上為-2.3x10^6/C,所以抗熱震性能很好。氮化硼也是陶瓷中最好的高溫絕緣材料,擊穿電壓3KV/MM,低介電損耗108HZ時為2.5x10^-4,介電常數為4,可透微波和紅外線。

      六方氮化硼的摩擦系數低至0.16,高溫下不增大,比二硫化鉬,石墨耐溫高,氧化氣氛可用到900℃,真空下可用到2000℃。常溫下潤滑性能較差,故常與氟化石墨、石墨與二硫化鉬混合用作高溫潤滑劑,將氮化硼粉末分散在油中或水中可以作為拉絲或壓制成形的潤滑劑,也可用作高溫爐滑動零件的潤滑劑,氮化硼的燒結體可用作具有自潤滑性能的軸承、滑動零件的材料。

      六方氮化硼的壓縮強度為170MPa,可機械加工性其硬度為莫氏2,所以可用一般機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. 高溫固體潤滑劑,例如各種光學玻璃脫膜劑、金屬成型的脫模劑和金屬拉絲的潤滑劑、冶金上用于連續鑄鋼的分離環

      2. 高溫狀態的特殊電解、電阻材料,例如:高壓高頻電及等離子弧的絕緣體、做各種鍍鋁的蒸發舟

      3. 防止中子輻射的包裝材料,例如:原子反應堆的結構材料

      4. 壓制成各種形狀,用做高溫、高壓、絕緣、散熱部件,例如飛機、火箭發動機的噴口

      5. 加工制成的超硬材料,可制成高速切割工具和地質勘探、石油鉆探的鉆頭。

      使用氮化硼的優勢

      氮化硼涂料采用優質氮化硼,具有耐高溫、不黏結、抗腐蝕、散熱導熱等特性。與鋁水不潤濕,對與熔融鋁、鎂、鋅合金及其融渣直接接觸的材料表面可提供全面的保護。

      氮化硼涂料廣泛應用于重力澆鑄、低壓鑄造、沖壓、鍛造和粉末冶金等領域。在有色熔融金屬與模具、載具間起防腐、潤滑、脫模作用,避免化學侵蝕、使其易脫膜、延長模具、載具的使用壽命,同時增加產能,或用作熔融金屬與流槽之間隔離層的保護劑,有效保養流槽及其器具,焊接和爐內釬焊中能保護工件的表面,避免焊渣的飛濺,提供極好的焊接保護。

      氮化硼具有極好的潤滑性能以及高溫穩定性,即便是在極高的溫度下(能耐高溫2800℃),氮化硼依然能保持其潤滑性和惰性。采用氮化硼涂料后可以防止粘連,從而延長沖模/模具的壽命,提高產品的表面潔度,縮短生產時間,金屬和陶瓷粉末的燒結通常是放在石墨板上進行,在石墨上涂一層氮化硼涂料后能明顯地清除燒結過程中有可能出現的碳對燒結件的污染、反應以及粘結現象。在金屬熔融和金屬成形操作過程中,可以將氮化硼涂料涂在與熱的或熔融金屬接觸的模具表面上以避免化學侵蝕、使脫模更容易、模具/沖模有更長的使用壽命。

      氮化硼涂料的高溫潤滑性能是一種玻璃加工過程中的理想材料,有助于將玻璃制品的表面缺陷減至最低、使之更容易脫模,提高模具/壓模的使用壽命,減少模具清理所需的時間,大多數玻璃不會與氮化硼粘結。

      氮化硼涂料配方獨特,既可以涂在熱的表面也可以涂在冷的表面,無論在防腐、潤滑度、附著力與耐磨性能上,都遠勝于其他品牌的同類產品。

      氮化硼牽手石墨稀 超硬材料引關注

      美國麻省理工學院的研究人員引入一種單原子六方氮化硼,即厚度、屬性和石墨烯類似的材料,并將一層石墨烯置于其上,最終得到的混合材料,既有石墨烯的導電特性,還具備了建造晶體管所必需的能隙??茖W家們將此次發現定義為未來科技的突破。

      自十幾年前石墨烯誕生以來,這一材料就一直讓科學家們著迷。這種僅僅一個原子厚度的碳元素材料擁有出色的電子特性、強度及超輕重量,用途也在不斷拓寬,但是如何為其植入能隙從而制造晶體管和其它電子設備,卻始終讓科研人員束手無策。如今,麻省理工學院(MIT)的研究人員在這方面取得了重大突破,甚至有望改變石墨烯物理學的一些理論預測。據媒體報道,研究人員引入了另一種單原子厚度、屬性和石墨烯類似的材料六方氮化硼,并將一層石墨烯置于其上,最終得到的混合材料既有石墨烯的導電特性,還具備了建造晶體管所必需的能隙。

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