六方氮化硼除了有光学性质外还有？ 六方氮化硼

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一、六方氮化硼除了有光学性质外还有？

二、科学家发现六方氮化硼拥有超强抗断裂能力：韧性是石墨烯的10倍

一、六方氮化硼除了有光学性质外还有？

六方氮化硼是自然界中各种氮化硼相中唯一存在的材料，属于六方晶系，颜色为白色，因其晶体结构和晶格常数与石墨烯相似，常被称为白色石墨烯。

每一层六方氮化硼都是氮原子和硼原子交替紧密排列形成的六方晶格，可以无限膨胀。每一层中的原子都以ABAB的形式排列

所以六方氮化硼的各层结构相对稳定，但沿轴向的结合力小，法向应力容易施加，原子间距大，中间层容易滑动，是一种很好的润滑剂。

六方氮化硼无明显熔点，处于中性还原性气体中，耐热温度可达2000。在惰性气体中熔点达到3000，在相同温度的氮气中压力达到100Pa时升华。它在氩气和氮气中可耐高达2800的高温。另外，在室温下，六方氮化硼不会与弱酸强碱反应，在沸水中会慢慢水解，产生少量的氮气和硼酸，在冷水中不会溶解。

二、科学家发现六方氮化硼拥有超强抗断裂能力：韧性是石墨烯的10倍

据国外媒体报道，六方氮化硼(h-BN)是2D材料中的“钢铁侠”，它的抗裂性如此之强，以至于可以违反一个世纪以来工程师仍然用它来测量韧性的理论描述。“我们在这种材料中观察到的现象是惊人的，”莱斯大学此项研究的通讯记者楼说。“没有人会料到这种事会发生在2D的材料上。这就是为什么它如此令人兴奋。”

楼通过比较h-BN和它的表亲石墨烯的断裂韧性解释了这一发现的意义。石墨烯和h-BN在结构上几乎相同。在每个结构中，原子排列在一个相互连接的六边形平面晶格中。在石墨烯中，所有的原子都是碳原子，而在h-BN中，每个六边形包含三个氮原子和三个硼原子。

石墨烯中的碳碳键是自然界中最强的，这应该使石墨烯成为周围最硬的材料。但是这里有一个陷阱。哪怕只有少数原子出现异常，石墨烯的性能也会从不凡变成平庸。娄指出，在现实世界中，没有一种材料是没有缺陷的，这就是为什么断裂韧性或裂纹扩展阻力在工程中如此重要。

“我们在七年前测量了石墨烯的断裂韧性，它实际上不太抗断裂，”楼说。"如果晶格中有裂纹，一个小载荷就会破坏这种材料."简而言之，石墨烯非常脆。英国工程师格里菲斯(A.A.Griffith)于1921年发表了一篇关于断裂力学的开创性理论研究，描述了脆性材料的失效。格里菲斯的工作描述了材料中裂纹的大小和使裂纹生长所需的力之间的关系。

楼2014年的研究表明，石墨烯的断裂韧性可以用格里菲斯的时间测试标准来解释。考虑到氢氮化硼的结构与石墨烯相似，预计会比较脆。但事实并非如此。六方氮化硼的断裂抗力是石墨烯的10倍左右，因为这种材料在断裂测试中的表现是如此出人意料，以至于无法用格里菲斯公式来描述。

“这项工作如此令人兴奋是因为它揭示了完美脆性材料的内在增韧机制，”新加坡南洋理工大学研究的合著者高华建说。“显然，即使是格里菲斯也无法预见到两种原子结构相似的脆性材料的断裂行为会如此完全不同。”

楼，高和他们的同事跟踪了不同材料的行为，发现有轻微的不对称，因为h-BN含有两种元素而不是一种。“硼和氮是不同的，所以即使你有这个六边形，它也不完全像碳六边形，因为这种不对称的排列，”楼说。

此外，他还指出，理论描述的细节是复杂的，但结果是h-BN中的裂纹倾向于分支和转向。在石墨烯中，裂纹的尖端直接穿过材料。然而，h-BN的晶格不对称产生了可以形成分支的“分叉”。“如果裂缝裂开，就意味着它在转动。如果你有这种转向裂纹，基本上需要消耗额外的能量来进一步驱动裂纹。因此，通过使裂纹更难传播，材料被有效地增韧，”楼说。

高指出：“固有的晶格不对称性使h-BN具有一种永久的倾向，即运动的裂纹会偏离其路径，就像一个滑雪者失去了保持平衡姿态和直线运动的能力。”

由于其耐热性、化学稳定性和介电性能，六方氮化硼已成为2D电子学和其他应用中极其重要的材料，这使得它不仅是支撑基础，而且是电子元件之间的绝缘层。楼指出，h-BN惊人的韧性也使其成为由2D材料制成的柔性电子产品抗撕裂性的理想选择，这些材料通常非常脆。

“总部位于2D的电子产品的利基领域是柔性设备，”楼说。他说，除了电子纺织品等应用之外，2D电子设备足够薄，可以用于更奇特的应用，如电子纹身和可以直接连接到大脑的植入物。

“对于这种类型的配置，你需要确保弯曲时材料本身的机械强度，”楼指出。“h-BN的抗断裂性能对2D电子领域来说是个好消息，因为它可以将这种材料用作非常有效的保护层。”高说，这些发现还可能指出一种通过不对称工程结构制造坚韧机械超材料的新方法。

“在极端载荷下，断裂可能是不可避免的，但它的灾难性影响可以通过结构设计减轻，”Lou说道。

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