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近来氮化硼材料作为电绝缘体的最新研究进展一瞥
2020年10月28日 发布 分类:行业要闻 点击量:248
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六方氮化硼也叫“白石墨”,但作为电绝缘体,他的抗氧化性比石墨还要高。在电子行业,延长产品寿命、提高性能、减少热损耗……近年来,对氮化硼绝缘材料的应用研究着实取得了一些令人鼓舞的成就。

六方氮化硼

“白石墨”,六方氮化硼(hBN)

氮化硼复合材料

除了绝缘性,氮化硼的优点还包括强度高、重量轻、耐腐蚀性等。但它的化学性质如此稳定,表面缺乏分子结合位点,这影响了它和其他材料结合使用。

一项研究发现,用氯磺酸处理氮化硼时引入正电荷,可以利用排斥作用帮助氮化硼分层,并在层间形成结合位点。这令氮化硼材料产生了与纳米颗粒、分子、其他二维材料结合的新界面。该研究论文主要作者Vikas Berry解释,“分离的氮化硼片表面的正电荷可以使之具备更高化学活性。质子化——即氮原子上增加正电荷,支撑了氮化硼与其他材料的结合。”相关研究揭示了氮化硼复合材料的潜力,同时也拓宽了氮化硼绝缘体的应用范围。

去杂提纯

氮化硼纳米管(BNNTs)不仅绝缘,导热系数更是铜的10倍以上。然而,传统制备方法却很难达到较高的纯度,产品纯度往往在30%-70%范围不等,这也使BNNTs不适用于要求严格的行业。

好在当前已有可去除99%以上杂质的新方法来提纯氮化硼纳米管,据相关研究显示,提纯过程中需要使用庚烷,在水的沸腾温度以下进行。而这大大降低了过去的提纯工况温度,也不会破坏BNNT的结构。(译者注:截至今年9月,商业化的BNNTs商品纯度最高已达85%以上。)

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氮化硼材料的结构设计

氮化硼作为绝缘材料的应用相对没那么成熟完善,难免会出现各种问题,存在一些局限,但只要通过创新方法解决,就会带来无限惊喜。比如,氮化硼薄膜用于散热时,人们发现其在不同方向上的导热系数相差很大。它在垂直于薄膜方向上几乎不传热,而只是沿着薄膜水平扩散热量。而科学家通过基于放电等离子烧结技术(SPS)将六方氮化硼粉末转变为固体颗粒,从而使其在三维方向上具备相同的导热和散热能力,并且依旧保持电绝缘性能。

非晶氮化硼材料的颠覆性发现

热稳定性、介电性能、化学稳定性和机械稳定性,除了这些,绝缘材料还要求可以屏蔽金属迁移。上述这些要求被非晶态氮化硼薄膜满足。研究人员在硅基片上制备出3纳米厚度的氮化硼薄膜材料,在100千赫是,介电常数为创纪录的1.78。这都被看做是氮化硼可以成为颠覆以往行业经验的证明。

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总结

随着科学家们验证了氮化硼的电绝缘性能,许多人意识到它还有其他适合高科技电子产品需求的特性。从实验室过渡通常不是一个简单的过程,但是氮化硼的潜力给了科学家和工程师足够的理由去努力实现这一目标。

作者:Megan R. Nichols

原文标题:Boron Nitride Could Be the Next “Thing” in Electronics Insulation

编译整理 YUXI


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