Boornitriid: valge grafeen, mis toidab järgmise-põlvkonna tehnoloogiaid

1. Mis on boornitriid?

Boornitriidil on mitmeid süsinikuga sarnaseid polümorfe, millest kõige olulisemad on:

1. Kuusnurkne boornitriid (h-BN): see on kõige levinum ja graafilisem-sarnane vorm, mis annab sellele hüüdnime "valge grafeen". Selle kihiline struktuur koosneb boori- ja lämmastikuaatomitest, mis on paigutatud igas kihis kuusnurksesse kärgvõre, kusjuures nõrgad van der Waalsi jõud hoiavad kihte koos. h-BN on pehme, suurepärane tahke määrdeaine ja suurepärane soojusjuht, olles samas elektriisolaator.
2. Kuubiline boornitriid (c-BN): see struktuur on analoogne teemandiga ja on teemandi järel teine ​​​​kõvem materjal. Erinevalt teemandist ei reageeri c-BN kõrgel temperatuuril raua-põhiste metallidega, mistõttu on see ideaalne raudmaterjalide töötlemiseks.
3. Wurtsite boornitriid (w-BN): sarnaselt c-BN-ga on sellel haruldasel polümorfil ka äärmine kõvadus.

Nende hulgas on kuusnurkne boornitriid (h-BN) enamiku uuringute ja rakenduste fookuses selle suhteliselt lihtsa sünteesi ja laia kasutusala tõttu.

2. Boornitriidi erakordsed omadused

Boornitriidi laialdane kasutatavus tuleneb selle silmapaistvatest füüsikalistest ja keemilistest omadustest:

· Kõrge{0}}temperatuuri stabiilsus: talub inertses atmosfääris kuni 3000 kraadi temperatuuri ilma sulamise või lagunemiseta.
· Suurepärane soojusjuhtivus: h-BN on hea soojusjuht, olles samas elektriisolaator, haruldane ja väärtuslik kombinatsioon.
· Suurepärane elektriisolatsioon: sellel on kõrge läbilöögitugevus ja mahutakistus.
· Hea määrdevõime: selle kihiline struktuur annab sellele madala hõõrdeteguri, muutes selle tõhusaks tahkeks määrdeaineks kõrgel -temperatuuril ja kõrgel{1}}rõhul.
· Tugev keemiline inertsus: see on väga vastupidav enamiku sulametallide, räbu, klaaside, hapete ja leeliste suhtes.
· Madal dielektriline konstant ja kadu: see muudab selle suurepäraseks kõrgsageduslike{0}}elektrooniliste rakenduste jaoks.
· Neutronite neeldumisvõime: Boor-10 isotoobil on kõrge termilise neutronite püüdmise ristlõige, mistõttu on see kasulik tuumatööstuses.

3. Lai-boornitriidi kasutusalad

Neid omadusi võimendades mängib boornitriid võtmerolli mitmes arenenud valdkonnas:

1. Elektroonika ja pooljuhid

· Soojusjuhtimise materjalid: kasutatakse täiteainena polümeerides, keraamikas või metallmaatrikskomposiitides, et luua soojusjuhtivaid, kuid samas elektrit isoleerivaid jahutusradiaatoreid, substraate ja kapseldusmaterjale 5G-side, LED-ide, protsessorite ja GPU-de jaoks.
· 2D isoleeriv substraat: h-BN nanolehed on ideaalne substraat grafeenile ja teistele kahe-mõõtmelistele elektroonikaseadmetele, aidates säilitada nende kandja suurt liikuvust ja parandada jõudlust.
· Sügav-ultraviolettvalguse emissioon ja tuvastamine: h-BN-i saab konstrueerida nii, et sellel oleks otsene ribalaius, mis võimaldab seda kasutada sügav-ultraviolettkiirguse (DUV) laserites ja detektorites steriliseerimisel, tervishoius ja väljaspool -nägemisliini{4}.

2. Kõrge{1}}temperatuur ja äärmuslikud keskkonnad

· Kõrge{0}}temperatuuriline määrdeaine: kasutatakse pulbri või kattekihina tõhusa määrimise tagamiseks kõrgel -temperatuuril, suurel-koormus- või vaakumtingimustel, kus vedelad määrdeained ei tööta (nt kosmosemootorid, metallurgiavormid).
· Tulekindlad materjalid ja tiiglid: kasutatakse kõrgtemperatuursete{0}}ahjude, metallide sulatamise ja aurustamise tiiglite vooderdamiseks, kristallide kasvatamiseks ja klaaskiu tootmiseks, kuna see ei reageeri enamus sulatistele.
· Termopihustuskatted: kantakse metallpindadele, et luua kaitsekatted, mis on kuuma{0}}kindlad, korrosioonikindlad-, oksüdatsioonikindlad- ja elektriliselt isoleerivad.

3. Keemia- ja materjalitööstus

· Korrosioonikindlad{0}}komponendid: kasutatakse tihendite, ventiilide ja korrodeerivaid kemikaale käitlevate pumpade osade valmistamiseks.
· Komposiittugevdus: lisatakse keraamikale, vaikudele või metallidele, et suurendada samaaegselt nende soojusjuhtivust, mehaanilist tugevust ja kuumakindlust.

4. Kosmeetika ja isikuhooldus

· "Pehme fookuse" efekt: peen h{0}}BN-pulbril on ainulaadne valgust{1}}hajutav võime. Jumestuskreemidele ja näopuudritele lisatuna aitab see hägustada peeneid jooni ja poore, luues pehme-fookusefekti, mis parandab välimust ja on nahasõbralik

5. Tuumatööstus

· Neutronite neeldumis- ja kontrollvardad: selle boorisisaldust kasutatakse tuumareaktori juhtvarrastes, varjestusmaterjalides ja jäätmemahutites.

4. Kokkuvõte ja väljavaade

Boornitriid, eriti kuusnurkne boornitriid, on tänu oma ainulaadsele omadusmaatriksile -"soojust juhtiv, kuid elektrit isoleeriv", "kuumuskindel, kuid samas määriv" loonud kriitilise niši arenenud valdkondades, kus traditsioonilised materjalid ei jää alla. Alates meie nutitelefonide kiipide jahutamisest kuni kosmoselaeva kaitsmiseni atmosfääri taassisenemise ajal; Alates tõhusamate UV-steriliseerimisseadmete võimaldamisest kuni meie igapäevasele kosmeetikale särava viimistluse andmiseni on boornitriidi olemasolu laialt levinud ja kasvav. Kuna sünteesitehnikad arenevad ja kulud vähenevad, on see "valge grafeen" valmis avama veelgi transformatiivsemaid rakendusi, tugevdades oma rolli järgmise tehnoloogilise revolutsiooni alusmaterjalina.