超硬材料的合成及其性質的研究,一直是凝聚態物理和材料科學研究的重要方向之一。而作為一種潛在的新型超硬材料,諸多理論計算和實驗研究表明,立方硼碳氮(c-BCN)的性質與金剛石和立方氮化硼(c-BN)相似,但卻具有比金剛石更高的抗氧化能力和比c-BN更高的硬度,可以作為優質切削工具、耐磨損材料、耐腐蝕保護層、短波長光電器件材料等。正是基于硼碳氮化合物的廣闊應用前景,科學家們對硼碳氮化合物的合成進行了廣泛和深入的研究,并取得了卓有成效的進展。 在超硬材料研究領域,BC2N的研究是一個前沿課題。實踐表明,BC2N的合成仍然是困難的,除了傳統的高溫高壓技術外,低溫低壓、低成本合成BC2N更是一個挑戰性課題。尋找一種溫和條件下實驗設備簡單、化學上易控制和可操作性強的方法來制備硼碳氮材料無疑具有較高的研究價值。
最近,燕山大學高發明教授領導的課題組采用一種簡單且易于操作的溶劑熱合成方法,通過控制實驗條件在溫和的反應條件下獲得了含有微量氧缺陷的β-BC2N納米棒結構。該方法避免了常規固相反應制備硼碳氮材料需要的高溫高壓等極端條件,不僅使反應溫度降低到了500℃左右,而且所獲得的產品形貌好,晶化質量高。通過第一性原理理論計算,他們還模擬并給出了此硼碳氮化合物可能的結構和特性,指出該產物是一種很好的半導體材料,硬度約為80GPa,僅次于金剛石。這是三元硼碳氮超硬材料合成領域中首次采用低溫低壓的方法成功制備單晶納米結構,該項工作開啟了溫和制備其它硼碳氮化合物的新的途徑,相關結果已發表在著名雜志《晶體生長與設計》 (Crystal Growth & Design) 上。