“白石墨” 不是石墨，胜似石墨

苏更林

从铅笔芯到干电池，从耐火材料到润滑材料……我们见识了石墨的风采。石墨是碳的一种同素异形体，为灰黑色的不透明固体。白石墨难道是把石墨“染白”了吗？当然不是。白石墨的化学名称为六方氮化硼（HBN），是一种新型陶瓷材料。它在化学组成上与石墨没有半点关系，只是在结构和性能上与石墨非常类似，并且由于其本身为白色，因此才有白石墨的别称。

氮化硼是由氮原子和硼原子构成的晶体，除了常见的六方氮化硼外，还有立方氮化硼（CBN）、菱方氮化硼（RBN）、纤锌矿型氮化硼（WBN）等变体，科学家甚至还发现了与石墨烯性质类似的二维氮化硼晶体。

不同的氮化硼变体具有不同的特点和应用。以六方晶型的白石墨为例，氮原子和硼原子组成的六边形网状结构与石墨中的碳原子六边形网状结构极为相似，因此在某些方面具有相近的性质，如二者都具有耐热性、耐磨性、润滑性等特性；但白石墨还具有一些独特的性质，如石墨既能导热也能导电，而白石墨能导热但不能导电。

顺滑与美丽，白石墨的魅力所在

爱美之心，人皆有之。你可知道，为了使你变美，白石墨出力不小呢。许多化妆品中都有白石墨的身影，充当调节剂和填充剂，并且具有很高的安全性。白石墨的六角形晶体结构使其具有顺滑的特性，并且具有良好的附着性，将其用于化妆品可以给人以柔滑的感觉，并可延长化妆品在脸上的停留时间。

白石墨还具有很好的光学扩散功能，这一点对于保持美容效果尤为重要。在常见的“柔光”粉末中，利用白石墨的光散射特性，让皱纹和色斑显得模糊一些，以使整个脸部变得平滑起来。白石墨在化妆品中还可以吸收多余的面部油脂，并可以使颜料均匀地分散开来。

其实，白石墨本身就是一種性能优异的润滑剂。白石墨的摩擦系数极低，润滑性能十分优异，尤其是在高温条件下仍然具有优良的自润滑能力，因此被广泛用作润滑剂、脱模剂以及涂层涂料等。

手机烫了，来点氮化硼如何

以智能手机为代表的电子产品，已经成为我们日常生活的标配之一，如何为手机散热就成为了一个大问题。

氮化硼的导热性能很强，热膨胀系数很低，绝缘性能很好，同时还耐腐蚀和耐高温。六方氮化硼导热系数为56.94瓦每米·摄氏度，立方氮化硼的导热系数为79.54瓦每米·摄氏度，仅次于金刚石。国外的一项研究显示，单层六方氮化硼在室温下的导热系数高达751瓦每米·摄氏度，有望成为下一代柔性电子器件散热的首选材料。据悉，某游戏增强版手机采用了六方氮化硼散热材料，可为处理器、充电芯片以及显示屏幕等元件进行高效率的散热。

对于高密度和大功率电子产品来说，做好热管理是一个急迫的问题。比如，随着LED技术的普及，“农业工厂”应运而生。为了弥补光照的不足，用LED植物照射灯代替太阳光就成了一个成熟的解决方案。尽管与其他照明设备相比，LED灯具有很高的能量转换效率，但理论上总的电光转换效率仍只有54%。这就意味着LED植物照射灯仍会有大量的热能释放。特别是当LED芯片温度超过140°C时，其寿命的缩短就会成为一个不容忽视的问题。如何为LED灯降温，六方氮化硼再次走进科学家的视野。用六方氮化硼作为填料来制作具有优良电绝缘性和化学稳定性的导热塑料，可以提高其导热性能。

为“电火箭”装颗“陶瓷心脏”

随着中国空间站“天和”核心舱的发射入轨，霍尔电推进器的“陶瓷心脏”成为人们的关注热点。这颗“陶瓷心脏”就是用白石墨复合材料打造的。

挑战太空，人类一直使用化学动力，即通过燃烧化学推进剂来产生动力。航天器发射入轨后，也需要动力来支持轨道和姿态的调整，所以必须携带化学燃料或者在轨补加燃料。而携带化学燃料不仅加大了发射成本，而且在一定程度上影响着航天器的空间任务能力。在这样的背景下，电推进技术逐步走向应用的前台。我国空间电推技术研究起步于20世纪60年代，经过几十年的技术攻关终于取得了多项技术突破。2020年1月，我国首款20千瓦大功率霍尔电推进器成功完成点火试验，并达到了国际先进水平。

“天和”核心舱配置的4台霍尔电推进器，利用核心舱太阳能翼产生的电能，为空间站轨道维持和安全飞行提供动力支持。霍尔电推进器是等离子体推力器的一种，其原理是利用强电场将离子加速喷出，通过其反作用力来进行姿态调整或者轨道提升。霍尔电推进器具有推力小、比冲高的特点。比冲是评价火箭推进剂性能的技术参数，比冲越高则表示在一定条件下推进剂产生的速度增量越大。

空间站在轨运行，由于微重力以及近地空间稀薄大气阻力的影响，轨道高度的衰减是不可避免的。不过，不需要多大的推力就能做到轨道保持。电推力虽小但可以精准调控，以提升任务执行能力。高比冲则可以大幅减少航天器携带的化学燃料，以扩展空间任务的范围等。

在霍尔电推进器中，等离子体的电离和加速需要在放电腔中完成。霍尔电推进器需要一颗坚强的“心脏”，来产生精确可调的推力。打造这颗坚强的“心脏”，必须满足耐高温、抗热震、耐离子溅射、绝缘性好等条件，才能胜任放电腔的严酷工作。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研制的氮化硼陶瓷基复合材料，正好满足了电推进器对放电腔材料的特殊要求。