Bor nitrür, yumuşak veya sert bileşiklerde bulunabilen bir malzemedir. Bununla birlikte, bor nitrürün formları ve bunların basınç ve sıcaklıktaki değişikliklere nasıl tepki verdikleri, karbon gibi diğer malzemelerinkinden önemli ölçüde daha az anlaşılmıştır.
Rice Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, sertlikte sadece elmastan sonra ikinci olan kübik bor nitrürü, “beyaz grafit” olarak da bilinen yumuşak bir çeşit olan altıgen bor nitrür ile birleştirdiler ve ortaya çıkan nanokompozitin ışık ve ısı ile beklenmedik şekillerde etkileşime girdiğini keşfettiler. gelecekteki mikroçiplerde, kuantum cihazlarında ve diğer ileri teknoloji uygulamalarında yardımcı olun.
Altıgen bor nitrür, kaplamalar, yağlayıcılar ve kozmetikler gibi çeşitli ürünlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Oldukça yumuşaktır ve harika bir kayganlaştırıcıdır ve çok hafiftir. Ayrıca oda sıcaklığında ve atmosferik basınç altında ucuz ve çok kararlıdır. Kübik bor nitrür de elektronikte kullanım için umut vaat eden özelliklere sahip çok ilginç bir malzemedir. Altıgen bor nitrürün aksine süper serttir.-aslında sertliği elmasa yakındır.
Abhijit Biswas, Çalışma Baş Yazarı ve Araştırma Bilimcisi, Rice Üniversitesi
Görünüşte birbirine zıt olan bu iki malzemenin kombinasyonu, çeşitli yeteneklerde ana malzemelerini aştı.
Biswas ekledi, “Kompozitin düşük termal iletkenliğe sahip olduğunu bulduk, bu da örneğin elektronik cihazlarda ısı yalıtım malzemesi olarak hizmet edebileceği anlamına geliyor. Karışık malzemenin termal ve optik özellikleri, iki bor nitrür çeşidinin ortalamasından çok farklıdır.”
Çalışmanın ilgili yazarlarından biri olan Hanyu Zhu, “İkinci harmonik üretimi olarak adlandırdığımız ölçtüğümüz optik özellik, bu tür düzensiz malzeme için küçük olacaktır. Ancak ısıtıldıktan sonra aslında oldukça büyük olduğu ortaya çıkıyor, hem tek tek malzemeden hem de işlenmemiş karışımdan çok daha büyük.”
Ona göre, bileşikteki bor ve nitrojen atomları daha düzenliydi ve daha büyük taneler oluşturuyordu; burada tanecik, bir kafes içinde tutarlı bir şekilde hizalanmış bir atom koleksiyonunun boyutudur.
Zhu ekledi, “Kübik bor nitrür taneciklerinin, karıştırılmamış başlangıç bileşiklerindeki küçük tanelerden bu malzemede azalmak yerine büyüdüğünü görünce şaşırdık.”
Teorik tahminlere ve deneysel bulgulara dayanarak, iki bor nitrür varyantından hangisinin daha kararlı olduğuna dair çelişkili ifadeler vardı.
“Bazı teorisyenler, ortam koşullarında kübik bor nitrürün daha kararlı olduğunu söylüyor. Deneysel olarak, insanlar altıgen boron nitrürün çok kararlı olduğunu gördüler. Bu nedenle, birine hangi bor nitrür fazının en kararlı olduğunu sorarsanız, muhtemelen altıgen bor nitrür diyeceklerdir. Deneysel olarak gördüğümüz şey, insanların teorik olarak söylediklerinin tam tersi ve hala tartışmaya açık.Biswas ekledi.
Kıvılcım plazma sinterleme olarak bilinen hızlı, yüksek sıcaklık işlemine maruz kaldığında kompozit altıgen bor nitrüre dönüştü. Biswas’a göre bu, teorik hipotezleri destekledi ve “hangi bor nitrür çeşitlerinin hangi koşullarda ortaya çıktığı” konusunda daha net bir resim sağladı.
Ek olarak, bu işlemden sonra üretilen altıgen bor nitrür, kombinasyon için ilk kullanılandan daha kaliteliydi.
Biswa not edildi, “Bundan sonra bakacağımız şey, kıvılcım plazma sinterleme tekniğinin tek başına altıgen bor nitrürün kalitesini iyileştirip iyileştirmediği veya bu etkiyi elde etmek için kompozite ihtiyacınız olup olmadığıdır.”
Araştırmanın ilgili yazarı ve Rice’ın Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Bölümü başkanı Pulickel Ajayan, “Bu çalışma hakkında büyüleyici olan şey, bor nitrür malzemelerinin doğru miktarlarda altıgen ve kübik yapılara göre uyarlanması için olanaklar sunması ve böylece bu malzemede çok çeşitli özel mekanik, termal, elektriksel ve optik özellikler sağlamasıdır.”
Ajayan, Benjamin M. ve Mary Greenwood Anderson Mühendislik Profesörü ve malzeme bilimi ve nanomühendislik, kimya ve kimya ve biyomoleküler mühendislik profesörüdür.
Cornell Üniversitesi’nin Sibley Makine ve Uzay Mühendisliği Okulu’nda doçent ve Eugene A. Leinroth Sesquicentennial Fakülte Üyesi olan Zhiting Tian, bir başka ilgili yazardır.
Deniz Araştırma Ofisi (N00014-22-1-2357), Ulusal Bilim Vakfı (2005096), Ordu Araştırma Ofisi (W911NF-19-2-0269) ve Enerji Bakanlığı (DE-SC0012311) bu proje için fon sağladı. çalışma.
Dergi Referansı:
Biswas, A., et al. (2023) Altıgen/Kübik Bor Nitrür Nanokompozitlerin Faz Kararlılığı. Nano Harfler doi:10.1021/acs.nanolett.3c01537
Kaynak: https://www.rice.edu/
Source: www.azonano.com