萊斯大學(xué)開發(fā)出可用于下一代微芯片、量子器件的氮化硼復(fù)合材料

正如碳構(gòu)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(yīng)知之甚少。

萊斯大學(xué)的科學(xué)家將六方氮化硼（一種軟質(zhì)，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(fù)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(shù)應(yīng)用中有用。

研究科學(xué)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(lǐng)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(fù)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(fù)合材料導(dǎo)熱率低，這意味著它可以用作電子設(shè)備中的隔熱材料。混合材料的熱性能和光學(xué)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(yù)計對于這種類型的無序材料，二次諧波產(chǎn)生的光學(xué)特性將會很小。但事實證明，加熱后它相當(dāng)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(fù)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(dāng)復(fù)合材料經(jīng)過一種被稱為放電等離子體燒結(jié)的快速高溫技術(shù)時，它轉(zhuǎn)變?yōu)榱降?。研究人員說，這證實了理論預(yù)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(zhì)量比最初用于混合物的六方氮化硼的質(zhì)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(jié)技術(shù)是否能夠單獨提高六方氮化硼的質(zhì)量，或者是否需要復(fù)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