萊斯大學開發(fā)出可用于下一代微芯片、量子器件的氮化硼復合材料

正如碳構成了2B鉛筆的脆芯和切削工具中比鋼更硬的金剛石一樣，氮化硼產(chǎn)生的化合物可以是軟的，也可以是硬的。然而，與碳不同，人們對氮化硼的形態(tài)及其對溫度和壓力變化的響應知之甚少。

萊斯大學的科學家將六方氮化硼（一種軟質，也稱為“白石墨”）與立方氮化硼（硬度僅次于鉆石的材料）混合，發(fā)現(xiàn)由此產(chǎn)生的納米復合材料以意想不到的方式與光和熱相互作用，這可能在下一代微芯片、量子器件和其他先進技術應用中有用。

研究科學家Abhijit Biswas表示：“六方氮化硼廣泛用于各種產(chǎn)品，如涂料、潤滑劑和化妝品。它非常柔軟，是一種很好的潤滑劑，而且非常輕。它也很便宜，并且在室溫和大氣壓下非常穩(wěn)定。

立方氮化硼也是一種非常有趣的材料，其特性使其在電子領域非常有前景。與六方氮化硼不同，它非常堅硬，接近鉆石的硬度。

這兩種看似相反的材料的復合材料在不同功能上都優(yōu)于其母體材料。

研究人員表示，我們發(fā)現(xiàn)這種復合材料導熱率低，這意味著它可以用作電子設備中的隔熱材料?；旌喜牧系臒嵝阅芎凸鈱W性能與兩種氮化硼品種的平均性能有很大不同。

該研究的通訊作者之一Hanyu Zhu表示，他預計對于這種類型的無序材料，二次諧波產(chǎn)生的光學特性將會很小。但事實證明，加熱后它相當大，比單獨的材料和未經(jīng)處理的混合物都大一個數(shù)量級。復合材料中的硼和氮原子表現(xiàn)出更大的規(guī)律性，并形成更大的晶粒，其中晶粒表示晶格中連貫排列的一組原子的大小。

一些理論家認為，在環(huán)境條件下，立方氮化硼更穩(wěn)定。但通過實驗，人們發(fā)現(xiàn)六方氮化硼非常穩(wěn)定。我們在實驗中看到的情況與人們在理論上所說的相反，而且仍然有爭議。

當復合材料經(jīng)過一種被稱為放電等離子體燒結的快速高溫技術時，它轉變?yōu)榱降稹Ｑ芯咳藛T說，這證實了理論預測，并有助于更全面地了解哪些種類的氮化硼在什么條件下出現(xiàn)。

此外，該處理后獲得的六方氮化硼的質量比最初用于混合物的六方氮化硼的質量更高。

研究人員說，我們接下來要研究的是放電等離子燒結技術是否能夠單獨提高六方氮化硼的質量，或者是否需要復合材料來達到這種效果。

這項研究7月25日發(fā)表在《納米快報》上，DOI：10.1021/acs.nanolett.3c01537