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2020-11-02
中国粉体网讯
氮化物粉体的分类
氮元素具有较高的电负性，能够与许多电负性比其低的元素形成一系列氮化物，包括离子型氮化物、共价型氮化物和金属型氮化物三种类型。
离子型氮化物
碱金属和碱土金属元素形成的氮化物属于离子型氮化物，其晶体以离子键为主，氮元素以N3-形式存在，也称为类盐氮化物。离子型氮化物的化学性质较活泼，易水解生成相应的氢氧化物和氨。目前，离子型氮化物中仅Li3N得到应用，Li3N为深红色固体，属于六方晶系，密度为1.27g/cm3，熔点为813°C，其合成方便，离子导电率高，能与固态或液态锂共存，是目前能提供的最好的固体锂电解质之一。
共价型氮化物
ⅢA~ⅦA族元素形成的氮化物属于共价型氮化物，其晶体以共价键为主，其中，氧和ⅦA族元素和氮元素形成的化合物准确地应称为氧化氮和卤化氮。应用较广的共价型氮化物主要为ⅢA和ⅣA族元素的氮化物（如BN、AlN、GaN、InN、C3N4和Si3N4等），其结构单元类似于金刚石的四面体，故也称为类金刚石氮化物。它们的硬度大、熔点高、化学稳定性好，大部分为绝缘体或半导体，广泛应用于切削工具、高温陶瓷、微电子器件和发光材料等。
常见共价型氮化物的性质与结构
金属型氮化物
过渡金属元素形成的氮化物属于金属型氮化物，氮原子位于立方或六方紧密堆积的金属晶格间隙中，也称为间充型氮化物。此类氮化物的化学式不遵循严格的化学计量比，其组成可以在一定范围内变化。大部分金属型氮化物为NaCl型结构，化学式为MN型。一般具有类似金属的性质，如有金属光泽、导电性好、硬度大、熔点高、耐磨损和耐腐蚀等，在切削加工材料、电极材料和催化材料等方面具有良好的应用前景。
常见金属型氮化物的性质与结构
氮化物粉体的应用
切削加工材料
TiN具有高硬度（莫氏硬度：8~9），高熔点（2950°C）和较高的耐磨性，在工业上常用作切削工具涂层，能有效减小刀具的磨损，提高切削速率，但其硬度仍难以满足高硬度制品的要求。
立方氮化硼（c-BN）的硬度仅次于金刚石，它作为C的等电子体不仅具有金刚石的许多优良特性，而且有更高的热稳定性和化学惰性，是一种具有良好发展前景的刀具材料。
β-C3N4被认为是目前最硬的材料而引起人们广泛的关注，但其合成和表征是目前研究的难点。
高温结构材料
氮化硅(Si3N4)陶瓷具有高强度、高硬度、低密度、耐腐蚀、抗热震性好及优异的高温力学性能，广泛用于陶瓷基复合材料的增强相，被认为是最有发展前景的工程陶瓷之一。
六方氮化硼(h-BN)是共价键化合物，由于它具有较高的导热性、良好的化学稳定性、优异的热稳定性和较好的电绝缘性等突出的性质，被广泛应用于耐火材料以及陶瓷基复合材料等领域。
发光材料
ⅢA~ⅤA族氮化物是近年来半导体发光器件研究领域中的热点。氮化物具有物理化学稳定性高、带隙连续可调、宽禁带电子漂移饱和速度高、介电常数小及导热性能好等优点，且Eu2+、Ce3+等离子易于掺入氮化物结构中形成较短的Eu-N/Ce-N共价键，降低激活剂离子的5d能级，使激发和发射波长红移。因此，氮化物荧光粉与其它传统荧光粉相比，在稳定性、显色性、激发波长和量子效率等方面具有明显优势，对于制备高效率白光LED具有重要意义。
电极材料
Li3N离子导电率高，但其分解电压太低（0.44 V），不能直接用作电极。过渡金属氮化物具有稳定性好、分解电压高和导电性好等优点，作为锂离子负极材料而受到人们相当的关注。目前，被报道的金属氮化物负极材料有氮化锂钴、氮化铬、氮化锂锰、氮化钒等。
催化材料
自1985年Volpe等首次在程序升温条件下使MoO3与NH3反应制备出大比表面积（220m2/g）的γ-Mo2N以来，过渡金属氮化物作为新型催化材料引起了人们极大的研究兴趣。由于它具有类贵金属的催化性质，在加氢、氢解、费托（F-T）合成、NH3合成与分解、加氢脱硫（HDS）、加氢脱氮（HDN）和电催化析氢（HER）等反应中具有良好的催化活性。
超导材料
MN（M=Nb,Zr,Ti,V,Hf,Ta,Mo）为NaCl型面心立方结构，是一类传统的超导体。它们的超导温度分别为：NbN，17.3K；ZrN，9.0K；TiN，5.5K；VN，8.5K；HfN，8.83K；TaN和MoN，12K。此类超导体的硬度及稳定性都较高，有望成为一种性能优异的超导体材料。
吸波材料
铁(镍)氮化物具有高电阻率、高的抗氧化性、耐腐蚀性以及高铁磁性，在吸波材料领域有着较好的应用前景。
吸附材料
多孔氮化硼由轻元素组成，具有较高的比表面积、较高的化学稳定性和热稳定性，是一种理想的吸附材料。
资料来源：
田亮：熔盐法制备氮化碳、氮化铝、氮化硼及硼碳氮粉体
邵雷雷：化学气相法制备氮化物材料
郝跃, 等. 氮化物半导体电子器件新进展
曹文焕：金属氮化物制备、晶体结构与超导电性的研究
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