10種享有盛名的“硼家族”成員”，個個都是材料界的扛把子
人們一般認為C、N、O是自然界中的三大非金屬元素，而在元素週期表上緊緊地排在它們前面的B，其地位可以說絲毫不亞於上面那三種元素，隨著現代科學技術的進步，硼及其化合物顯示的阻燃、耐熱、高硬、高強、耐磨、催化以及質輕等特性，使其在國民經濟和人民生活中具有廣泛用途，可以說“硼家族”裡不乏許多神奇材料。
今天我們就來了解一下”硼家族”裡那些神奇材料。
1、冶金行業的維生素—硼
大量研究發現，硼是金屬材料領域應用非常廣泛的一種元素，俗稱硼是冶金行業的維生素。
硼加入合金鋼中能顯著提高鋼的淬透性，微量硼對耐熱鋼有提高高溫強度和蠕變效能的作用；加入不鏽鋼和耐熱鋼中可以改善熱加工效能，硼加入結構鋼中可以代替和節省一部分稀貴元素（如鎳、鉻、錳、鉬），其使用壽命不低於鉻鋼。在白口鑄鐵中加入微量硼可以細化共晶碳化物，改善碳化物的形態和分佈，提高白口鑄鐵力學效能。
從降低成本和提高耐磨性的角度出發，新增適量的硼和採取合適的熱處理工藝，可以使高鉻鑄鐵的碳化物細化，基體淬透性增加，並使高鉻鑄鐵的硬度和韌性同時得到提高，從而增加了材料的耐磨性。
據統計，至少有３項諾貝爾化學獎的獲得與硼化學相關。
2、用途數不勝數的硼砂和硼酸
硼砂和硼酸的用途數不勝數。在醫藥上可用於消炎、抗菌劑、內服藥物及注射藥物的強化劑，可治療許許多多因細菌引起的疾病；在食品工業上用作防腐劑；在陶瓷工業和玻璃工業上用作助熔劑；在農業上用於速效肥料，促進農作物生長；在化工上被廣泛用於分散劑和特性助劑…..可謂是無所不能，威力無窮。
3、氮化硼
氮化硼（BN）是一種效能優異，極具發展潛力和應用前景的新型寬頻隙奈米材料。它是一種典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物，由氮原子和硼原子組成。其主要分為六方氮化硼、立方氮化硼、菱面體氮化硼、纖鋅礦氮化硼、正交氮化硼，其中以六方氮化硼與立方氮化硼的應用最為廣泛。
（1）白色石墨烯——六方氮化硼
六方氮化硼它是唯一存在於自然界的氮化硼相，屬於六方晶系，呈白色，具有類似於石墨烯的層狀結構特徵和晶格引數，故又稱白色石墨烯。
它的應用領域非常多，例如：
雷達的傳遞窗；
高溫金屬冶煉坩堝、耐熱材料、散熱片和導熱材料；
熔鍊有色金屬、貴金屬和稀有金屬的坩堝、器皿、管道、輸送泵；
超高溫的絕緣材料；
原子堆的遮蔽材料；
與TiB2複合製備導電陶瓷蒸發舟；
壓力傳遞材料和容器；
高溫結構材料；
場致發光材料。
（2）硬骨頭——立方氮化硼
立方氮化硼磨具的磨削效能十分優異，不僅能勝任難磨材料的加工，還能有效地提高工件的磨削質量，顯著提高磨後工件的表面完整性。
c-BN作為一種寬禁帶（帶隙6.4eV）半導體材料，金剛石、SiC和GaN一起被稱為繼Si、Ge及GaAs之後的第三代半導體材料。
在光學應用方面，由於c-BN薄膜硬度高，並且從紫外（約從200nm開始）到遠紅外整個波段都具有高的透過率，因此適合作為一些光學元件的表面塗層
4、防彈材料的代表——碳化硼
碳化硼，別名黑鑽石，是一種無機物，化學式為B₄C，通常為灰黑色微粉。是已知最堅硬的三種材料之一（僅次於金剛石和立方相氮化硼），用於坦克車的裝甲、避彈衣和很多工業應用品中。
碳化硼也同樣神通廣大，例如，碳化硼可以吸收大量的中子而不會形成任何放射性同位素，因此它在核能發電場裡它是很理想的中子吸收劑。
1986年4月26日在烏克蘭境內的切爾諾貝利核電站發生了目前人類歷史上最嚴重的核電事故。在事故的緊急處理過程中，為了快速吸收中子，減少輻射危害，透過飛機投放了2000噸含碳化硼和沙子的混合物來覆蓋反應堆。這一番操作就是利用了碳化硼對中子具有吸收功能。
（碳化硼防彈片）
5、超高溫材料——硼化鋯
硼化鋯是化學物質，分子式是ZrB2。性質灰色堅硬晶體。硼化鋯有三個組成即一硼化鋯、二硼化鋯、三硼化鋯，只有二硼化鋯在很寬的溫度範圍是穩定的。工業生產上主要以二硼化鋯為主。二硼化鋯為六方體晶型，灰色結晶或粉末，相對密度5.8，它的熔點非常高，為3245℃，令人意想不到的是，它的熔點雖高，但在較低溫度下能燒結。此外，它在常溫和高溫下強度均很高，耐熱震性好，電阻小，高溫下抗氧化，可用作宇航耐高溫材料、耐磨光滑的固體材料、切削工具、溫差熱電偶保護管以及電解熔融化合物的電極材料。特別適於用作滾動軸承滾珠的表面。
6、硼化鈦
二硼化鈦粉末呈灰色（或灰黑色），在目前已知的世界十大熔點最高材料排名第六位。在空氣中抗氧化溫度可達1100℃，作為一種新型的陶瓷材料，具有十分優異的理化效能，除熔點極高之外硬度也大，化學穩定性、導電導熱性、高溫下的機械力學效能都極為優異。
世界十大熔點最高的材料
基於以上特性，二硼化鈦主要有以下用途：
（1）蒸發器皿，熔化金屬坩堝，鋁電解槽陰極，火花塞及其它電極和觸頭開頭；
（2）耐磨部件、切割刀具、模具、噴咀及密封件等；。
（3）良好的軍備材料；
（4）改善合金材料的機械力學及理化特性。
（5）與SiC，AlN，BN，TiC、Al2O3等陶瓷材料複合，提高機械強度及抗破裂韌性。
（6）摻入高效能樹脂可製成PTC發熱陶瓷和柔性PTC材料，其具有安全省電，易加工成型等特點，是家用電器的一種更新換代的關鍵性高新技術材料。
7、工業生產的“靈丹妙藥”-氟化硼
氟化硼是很多有機反應的催化劑，沒有它，很多反應無法進行，它是化工生產上的“靈丹妙藥”，比如在許多有機反應和石油製品中，作為冷凝反應的催化劑，BF3及化合物在環氧樹脂中用作固化劑。
8、硼烯
隨著2004年石墨烯的問世，其作為單原子層二維材料第一次出現在人們的面前，很長一段時間以來，石墨烯風靡整個科學界，與此同時，科學家將同樣的理念用在了“硼”上，製備出了新一代超級奈米材料，它就是硼烯。硼烯被認為有著更廣闊的應用前景，會徹底改變能源、感測器、催化劑等許多領域的面貌。
作為二維材料，硼烯有著許多奇特的性質。例如：
抗彎剛度：石墨烯的25%，二硫化鉬的5%；
面內比模量：石墨烯的76%；
拉伸強度：石墨烯的45%。
但最特別的是，硼烯在達到臨界強度之後結構並不像一般材料直接破壞，而是發生結構相變並重新恢復抗拉能力，使得它具有罕見的斷裂韌性。
可以說，硼烯在力學上是集堅、柔、韌於一體的奈米材料，克服了其它二維材料堅有餘而韌不足的缺點。這些特性使得硼烯在複合材料設計、柔性電子器件、光控器件等方面具有應用前景。
9、高“硼”含量物質——鋁硼化合物
（1）AlB2
AlB2用途最廣之處在於對重熔鋁錠及電解原鋁生產電工鋁杆時做硼化處理用，其能有效去除對導電效能有影響的微量金屬元素如鈦、礬、鉻、錳，降低電阻率，其原理是透過加入的AlB2與鋁中微量的Ti、V、Cr、Mn雜質元素反應生成TiB2、VB2、CrB2、MnB2等化合物，並以難熔熔渣形態從鋁液中析出，最終起到去除雜質的作用，而且對鑄錠晶粒有細化效果。AlB2還被用於原位反應制備鋁基複合材料，提高鋁的硬度等機械效能等。
（2）AlB12
AlB12具有和B4C相同的二十面體B12結構，這種獨特的剛硬、開放的硼原子框架結構，決定了AlB12具有高熔點、低比重、高硬度和耐磨性等特點，這些特點與B4C的特點極其相似，這也使得其在研磨以及武器裝備有著和B4C一樣廣泛的應用前景。
AlB12的抗腐蝕效能極強，只有熱的硝酸才能將其溶解。AlB12的耐高溫效能使其在軍事裝備如火箭噴嘴中有應用可能。在目前所知的含硼化合物中，AlB12的硼含量為82．8wt%，居所有硼化物之首，這也使其成為利用含硼物質作為中子吸收材料的首選材料。
10、超導材料-硼化鎂
自2001年發現MgB2的高溫超導電性以來，由於MgB2的超導臨界溫度為39K，在金屬間化合物超導材料中是最高的，在短短時間內，相關的試驗和報導已經很多，同時硼的化合物系統也得到了更多的關注。
目前MgB2的超導特性已基本得到理論解釋和試驗證實，MgB2的發現開創了一個新的金屬間化合物超導體的領域。
總結
經過2個多世紀的探索，尤其是近70年來的開發，硼化學取得了長足的發展與進步，硼元素及其化合物已經成為一類重要的材料，尤其是在國防、醫學、農業等與人類息息相關的領域。但是也要清晰地認識到，我國硼儲量和硼資源有效利用還處於世界中等水平，亟需開發具有可持續性和原子經濟性的硼化學，建立屬於我國自己的硼智慧財產權。
參考來源：
[1]顏靜等.“硼”然心動—硼單質及其化合物
[2]王超等.鋁硼化合物(Al-B)及其複合材料的研究進展
[3]李要輝等.硼及其硼化物在材料研究中應用進展
[4]徐怡.二硼化鈦(TiB2)的效能及其應用
[5]李晨.六方氮化硼奈米片的製備、功能化及其在導熱聚合物中的應用
[6]翟鳳瑞.六方氮化硼陶瓷的放電等離子燒結及效能研究
