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    近來氮化硼材料作為電絕緣體的最新研究進展

    發布日期:2020-10-19 作者: 點擊:

           六方氮化硼也叫“白石墨”,但作為電絕緣體,他的抗氧化性比石墨還要高。在電子行業,延長產品壽命、提高性能、減少熱損耗……近年來,對氮化硼絕緣材料的應用研究著實取得了一些令人鼓舞的成就。

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    “白石墨”,六方氮化硼(hBN)


    氮化硼復合材料

    除了絕緣性,氮化硼的優點還包括強度高、重量輕、耐腐蝕性等。但它的化學性質如此穩定,表面缺乏分子結合位點,這影響了它和其他材料結合使用。

    一項研究發現,用氯磺酸處理氮化硼時引入正電荷,可以利用排斥作用幫助氮化硼分層,并在層間形成結合位點。這令氮化硼材料產生了與納米顆粒、分子、其他二維材料結合的新界面。該研究論文主要作者VikasBerry解釋,“分離的氮化硼片表面的正電荷可以使之具備更高化學活性。質子化——即氮原子上增加正電荷,支撐了氮化硼與其他材料的結合?!毕嚓P研究揭示了氮化硼復合材料的潛力,同時也拓寬了氮化硼絕緣體的應用范圍。

    去雜提純

    氮化硼納米管(BNNTs)不僅絕緣,導熱系數更是銅的10倍以上。然而,傳統制備方法卻很難達到較高的純度,產品純度往往在30%-70%范圍不等,這也使BNNTs不適用于要求嚴格的行業。

    好在當前已有可去除99%以上雜質的新方法來提純氮化硼納米管,據相關研究顯示,提純過程中需要使用庚烷,在水的沸騰溫度以下進行。而這大大降低了過去的提純工況溫度,也不會破壞BNNT的結構。

    氮化硼材料的結構設計

    氮化硼作為絕緣材料的應用相對沒那么成熟完善,難免會出現各種問題,存在一些局限,但只要通過創新方法解決,就會帶來無限驚喜。比如,氮化硼薄膜用于散熱時,人們發現其在不同方向上的導熱系數相差很大。它在垂直于薄膜方向上幾乎不傳熱,而只是沿著薄膜水平擴散熱量。而科學家通過基于放電等離子燒結技術(SPS)將六方氮化硼粉末轉變為固體顆粒,從而使其在三維方向上具備相同的導熱和散熱能力,并且依舊保持電絕緣性能。

    非晶氮化硼材料的顛覆性發現

    熱穩定性、介電性能、化學穩定性和機械穩定性,除了這些,絕緣材料還要求可以屏蔽金屬遷移。上述這些要求被非晶態氮化硼薄膜滿足。研究人員在硅基片上制備出3納米厚度的氮化硼薄膜材料,在100千赫是,介電常數為創紀錄的1.78。這都被看做是氮化硼可以成為顛覆以往行業經驗的證明。


    總結

    隨著科學家們驗證了氮化硼的電絕緣性能,許多人意識到它還有其他適合高科技電子產品需求的特性。從實驗室過渡通常不是一個簡單的過程,但是氮化硼的潛力給了科學家和工程師足夠的理由去努力實現這一目標。


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