随着电子信息科学技术的快速发展和进步，小型化、集成化电子设备和元器件的输出功率越来越大，由此产生的热量也越来越大，从而影响设备的工作效率和使用寿命。因此，需要高导热材料将器件内部所产生的热量传递到仪器壳体，最终传递到外部空间，保证器件中各个关键部件在正常的温度下工作。
聚合物具有电绝缘性好、柔性佳、密度低、耐腐蚀、价格低廉且可加工性能好等优点，广泛用于现代高新技术领域。然而，由于聚合物自身的导热性能不佳，其导热率在0.1Ｗ/（ｍ·Ｋ）左右，无法满足工业用高导热材料的要求。因此，常在聚合物基体中引入大量高导热的粒子填料，包括碳基填料、金属填料及陶瓷填料，以制备电绝缘高导热聚合物复合材料。陶瓷填料因自身具备优越的电绝缘性与导热性而备受青睐，氮化硼（BN）作为一种重要的陶瓷材料，具有优异的电绝缘性和导热性能，其中氮化硼纳米管（BNNT）具有极高导热率（600Ｗ/（ｍ·Ｋ）），广泛用于制备电绝缘导热聚合物复合材料。
1991年研究人员发现了碳纳米管（CNT），它具有独特的结构和优异的力学、电学性能，迅速成为研究热点。随后，人们开始寻找其他具有类似结构的备选材料。1994年，研究人员首次从理论上推断BNNT可以稳定存在。与CNT结构相比较而言，C原子被B原子和N原子交错取代，便可获得BNNT结构。所以，BNNT具有一些与CNT相似的性能。BNNT是直径处于纳米级别的中空纤维状结构，可分为单壁纳米管（SWBNNT）与多壁纳米管（MWBNNT）两种结构。1995年研究人员采用电弧放电法首次制备出MWBNNT，并于1996年制备出SWBNNT。其中SWBNNT是由单层h-BN沿一个方向卷曲而形成管状，根据B-N键的几何排列方式，可把SWBNNT分为zigzag（0°）、arm-chair（30°）及helical（0°～30°）等３种构象，如下图所示；MWBNNT是由多层h-BN卷曲而成。由于B-N共价键具有部分离子性（长度是0.144nm），导致了相邻BN层之间相互作用力较大，使Ｂ和Ｎ原子沿着某一方向不断叠加，优先形成双层或多层管状结构，从而提高了整体的稳定性，这种特殊的B-N堆积特点，使得BN很难形成单壁结构，多以多壁结构为主。
单壁BNNT的构造及构象（左）；多壁BNNT的构造及构象（右）
（来源：刘鑫等，《氮化硼纳米管／聚合物纳米复合材料导热性能研究进展》）
目前，对BNNT的制备过程，主要包括电弧放电、取代反应、化学气相沉积、高能球磨、激光烧蚀等。电弧放电是最早用来合成BNNT的方法，这可能是受到了富勒烯和碳纳米管制备的启发。然而，BN是电绝缘体，这就致使它不能被直接作为电极使用。1995年，Zettl等将BN封装在金属钨管中作为阳极，铜作为阴极，通过等离子体放电制备了BNNT，制备过程中阳极温度超过3700K，所得纳米管直径约为1-3nm，且末端含有金属纳米粒子。使用元素周期表中和钨相邻的金属钽管作为电极，通过相同的制备方法也可以获得结构相似的BNNT。BNNT末端的金属或金属硼化物有可能是纳米管生长的催化剂，事实上，P.Gleize等在1994年发现硼化锆（ZrB2）和硼化铪（HfB2）于1100℃经NH3或N2退火处理可得到管状的BN灯丝，这一研究增加了金属硼化物成为BNNT生长催化剂的可能性。基于这一事实，ZrB2和HfB2被直接用作电极制备BNNT，且得到了单壁的BNNT。无论将BN封装于金属管电极内部还是采用金属硼化物电极，低的硼含量导致BNNT产率较低，且金属杂质较多。为克服这一问题，将无定型硼粉和少量的金属钴或镍混合可以提高电弧放电法的产率，且能得到大量的双壁纳米管。电弧放电可以产生瞬时髙温，迅速将硼源和氮源裂解为单个原子，硼原子聚集产生的纳米液滴作为催化剂，快速催化硼原子和氮原子成核生长为BNNT。由于极快的生长速率，所得的纳米管直径小、长径比高，但同时会产生大量杂质，且设备成本较高，很难实现BNNT的批量制备。由于CNT和BNNT具有结构相似性，人们以CNT为模板，采用硼和氮替代碳的方法制备BNNT，这一方法在1998年被Han等报道。与单独作为模板剂不同，此方法中的CNT直接被B2O3氧化置换为B，然后B和NH3反应生成BNNT，具体的反应方程式如下所示：
在这种方法中，CNT有两种作用：作为还原剂生成活性B原子；作为模板剂维持纳米管结构。透射电镜表征表明这种置换方法所得的BNNT和CNT具有相同的结构特征。向B2O3和CNT的混合物中加入MoO3或V2O5可以极大的提高BNNT的产率。但由于CNT中的碳原子不能完全被氮原子取代，因此所获得的BNNT纯度不高。化学气相沉积法（CVD）是目前使用最广泛的纳米管制备技术，由于其产率高且操作简便，是制备BNNT的主要方法之一。自2000年采用CVD法制备BNNT至今，其发展可分为三个阶段：第一个阶段是采用B、MgO和FeO作为高效制备BNNT的前驱物，在感应电炉中制备BNNT，这种方法被称为硼氧化物化学气相沉积技术（BOCVD）。该方法在提高BNNT产量方面具有重要的意义，但是需要对感应炉进行特殊设计来实现高温及高温度梯度，而且该方法不可以在无其他技术辅助的情况下直接在Si基衬底生长BNNT。第二阶段是采用传统的卧式管式炉取代感应电炉。不改变前物的情况下，用特定的前驱物比例（2:1:1，4:1:1）在Si/SiO2衬底上制备BNNT，整个过程被称为热化学气相沉积技术（TCVD）。虽然利用TCVD法可以在Si/SiO2衬底上直接制备BNNT，但无法提高BNNT的长度，需要真空作为反应氛围，增加了管式炉的附件种类，不仅增加设备的复杂性，还增加了实验成本以及需要专业人员和专业技术来运行真空泵。第三个阶段，TCVD技术进一步被简化，用氩气作为反应气体来替代真空，该方法被称为Ar辅助TCVD。这种简化不仅降低了设备的复杂性和成本，而且由于Ar的抗氧化性促进了较长BNNT的生长。除了上述的需要含氧试剂作为前驱物的CVD法，近年还出现了采用不含有氧和碳的试剂（MgF2，NH4Cl，and B）制备BNNT的方法。CVD法相对于其他方法具有产量高，纯度高的优点。但由于反应过程中通常需要将前驱物进行气化，所以存在所需温度较高，对前驱物的种类和配比要求较高等问题。球磨法的出现，使BNNT的纯度和产量得到了较大提高。高能球磨法可在室温下进行，是通过碾碎、研磨、高速塑性变形、冷结合、热冲击和均匀混合等过程使原料发生结构变化和化学反应，增加前驱物的接触面积和接触点的数量，增加前驱物的活性，进而提高产量和纳米管质量。虽然在球磨过程会引入金属粒子，但引入的这些金属粒子可以作为催化剂，对BNNT的生长有促进作用。近年来，利用该方法制备BNNT方面，主要是更换催化剂、反应温度、反应气体或与其他方法进行组合来提高纳米管的产量。该方法所使用的材料和设备简单，所需温度适中，所需成本、能耗低，可实现BNNT的宏量制备。但制备的BNNT多为竹节状，且不易控制纳米管的结构。激光烧蚀是利用具有高能量的激光束轰击靶材，使制备BNNT的原料在短时间里迅速加热熔化，通过蒸发后经冷却结晶得到BNNT。D.Golberg等首次成功利用激光烧蚀法制备出外壁直径在3～15nm的MWBNNT，并且进一步研宄表明生长过程由动力学控制而不是热力学，表面扩散和底端生长具有重要的制约作用。向BN粉体中加入镍和钴的纳米粒子时，激光烧蚀可以获得单壁BNNT，且所得产物无污染，长度较长。为提高产率，连续的激光烧蚀和激光剥离技术相继被提出。2009年，NASA的科学家发展了一种压缩气体/冷凝（PVC）技术制备BNNT，这种技术可以高品质的批量制备BNNT，此方法所采用的加热方式也是激光烧蚀。激光烧蚀可以获得薄壁、小直径和结晶性好的BNNT，这种方法可以实现BNNT的批量制备，其主要问题在于如何消除杂质、构建相关设备并降低生产成本。
氮化硼纳米管应用领域丰富，涉及航空航天、国防工业、先进制造、清洁能源、生物医疗等，是制造高温结构材料、强韧透波材料、绝缘导热材料、抗中子辐射材料的核心添加剂。在全球范围内，目前仅有美国、澳大利亚、韩国的共4家企业成功取得氮化硼纳米管量产技术，产能仅达到公斤级别。较低的产能，使得氮化硼纳米管产品售价高昂，平均价格达到每克1000美元，也限制了这种复合材料的研发与应用。
