A medida que los materiales 2D se vuelven populares en aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas, la búsqueda de un sustrato eficiente resultó en la exploración HBN. Dado que los sustratos convencionales plantearon implicaciones en la calidad del 2DM cultivado, HBN demostró ser una mejor alternativa. Veamos qué hace Nitruro de boro hexagonal ¿Un mejor sustrato?
¿Qué es el nitruro de boro (BN)? ¿Es el nitruro de boro un compuesto?
Conocimiento Nitruro de boro (BN) La química es igualmente importante antes de avanzar para aprender sus propiedades. Nitruro de boro Es un compuesto químico de naturaleza cristalina formado por Boro y Nitrógeno. Fórmula de nitruro de boro es “BN”. El Molécula de BN es isoelectrónico al carbono, es decir, presenta una estructura y configuración electrónica similares pero difiere en la ubicación de los elementos.
Estructura del nitruro de boro (BN)
Conocer la especialidad estructural de Nitruro de boro nos ayuda a explicar la funcionalidad del HBN mejor.
Principalmente, la estructura del nitruro de boro es de tres tipos: amorfa, hexagonal, cúbica y wurtzita.
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Nitruro de boro amorfo – Estructura ABN
Forma amorfa de Nitruro de boro Está desorientado y es equivalente al carbono. No posee regularidad en la disposición de sus átomos o, en resumen, carece de configuración estructural. Aparte de ABN, todas las demás formas de Nitruro de boro seguir la estructura cristalina.
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Nitruro de boro hexagonal - Estructura HBN
HBNEl grafeno blanco, conocido como grafeno blanco, se considera extremadamente estable y posee una estructura en capas. Las capas de la estructura se mantienen unidas por la fuerza de atracción de Vander Waals. Compuesto BN presente en cada capa está unido a la capa mediante enlaces covalentes. Observe la estructura de Nitruro de boro hexagonal que se muestra a continuación.
Llegando a la monocapa de HBN, la monocapa de Nitruro de boro hexagonal Es bastante similar al grafeno. Presenta una estructura de panal con dimensiones similares. A diferencia del grafeno, su apariencia no es negra, sino blanca. El HBN, como material, funciona como un mejor aislante eléctrico.
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Estructura del nitruro de boro cúbico (CBN)
En términos de estabilidad nitruro de boro cúbico tiende a ser menos estable que la de HBNSin embargo, la tasa de conversión entre las estructuras a temperatura ambiente es comparativamente insignificante. A continuación se muestra una imagen de referencia que muestra la estructura del CBN. La estructura de la esfalrita de Nitruro de boro cúbico es análogo al diamante
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Estructura de nitruro de boro de wurtzita -WBN
WBN sigue una configuración de barco donde el Compuesto BN Forma un anillo de 6 miembros, como se muestra en la imagen. La estructura de la wurtzita nitruro de boro Es análogo al polimorfo del carbono conocido como lonsdalaíta. La dureza de la wurtzita... Nitruro de boro Se estima que está en el rango de 46 GPa.
Propiedades del nitruro de boro: un vistazo rápido
La siguiente tabulación resume las propiedades importantes de Nitruro de boro perteneciente a diferente estructura: amorfa, wurtzita, cúbica y hexagonal.
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Propiedades |
ABN |
HBN |
WBN |
Banco Central de Nigeria |
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Densidad del nitruro de boro (g/cm3) |
2.3 |
2.1 |
3.5 |
3.5 |
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Conductividad térmica del nitruro de boro (W/Mk) |
3 |
600 (capa II) 30 (1 capa) |
740 |
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Banda prohibida (Ev) |
5 |
6- 6.4 |
4.5 – 5.5 |
10-10.7 |
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Índice de refracción del nitruro de boro |
1.7 |
1.8 |
2.1 |
2 |
¿Qué son las cerámicas avanzadas? ¿Es HBN una de ellas?
Antes de entrar en las especialidades de HBN Como cerámica avanzada, aprendamos más sobre qué es. La cerámica avanzada, como su nombre indica, es una cerámica superior de nueva generación con propiedades competitivas en comparación con la cerámica tradicional. Es térmicamente estable, posee una resistencia eléctrica superior, es químicamente inerte y tiene una conductividad térmica más alta, similar a la de los metales. Algunos de los materiales cerámicos avanzados más populares son:
Alúmina
La alúmina es una cerámica avanzada de óxido de aluminio ampliamente utilizada. Los enlaces iónicos interatómicos presentes en su estructura la hacen extremadamente estable. Es un buen aislante eléctrico. Ofrece buena resistencia al desgaste y es mecánicamente resistente. Se utiliza en baterías de iones de litio, materiales para bombas, bujías, sensores automotrices y aislamiento eléctrico.
Carburo de silicio (SiC)
El carburo de silicio (SiC) se forma mediante la sinterización de granos de carburo. Esta cerámica es conocida por su extrema dureza. El SiC se encuentra naturalmente en la moissanita. El carburo de silicio se utiliza ampliamente en sistemas eléctricos de potencia debido a su alta resistencia a altos voltajes. Su dureza la hace ideal para frenos, blindajes y embragues de automóviles.
Cerámica de zirconio
La cerámica de zirconio presenta una buena tenacidad a la fractura en comparación con otras cerámicas. El zirconio se presenta en diferentes grados cuando está estabilizado, como el zirconio estabilizado con itria o magnesia, o el zirconio parcialmente estabilizado. Se utiliza a menudo en cerámica dental y generalmente se combina con metales.
Nitruro de silicio
Se dice que el nitruro de silicio es resistente a la oxidación y a los gradientes térmicos de impacto. Se utiliza en diversas aplicaciones estructurales. Las propiedades del SiC lo hacen útil como componente de motores. Se utiliza para fabricar herramientas de corte y su biocompatibilidad lo hace útil como implantes dentales y médicos.
Nitruro de boro (BN) como cerámica avanzada
Nitruro de boroSe considera una cerámica mecanizable y avanzada. Ofrece buena conductividad térmica, lubricidad, mayor resistencia dieléctrica y menor constante dieléctrica. Nitruro de boro También se conoce como grafeno blanco debido a su similitud estructural con el grafeno. Es un buen aislante eléctrico y también resiste temperaturas de oxidación más altas.
Como se discutió anteriormente, Nitruro de boro Tiende a existir en diferentes configuraciones estructurales. Las propiedades de los tipos más comunes de BN se detallan a continuación:
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Nitruro de boro cúbico
Nitruro de boro cúbico Tiene una dureza de alrededor de 4500 kg por mm², comparable a la del diamante. Se fabrica mediante compresión a alta temperatura y presión. Nitruro de boro hexagonalLa estabilidad térmica, la conductividad térmica y la resistividad eléctrica de Nitruro de boro cúbico se consideran del lado superior.
Cuando se utiliza junto con aleaciones de níquel, hierro o cualquier otro compuesto, el nitruro de boro cúbico tiende a permanecer inerte. La extrema dureza de Nitruro de boro cúbico Esto las hace funcionar como mejores herramientas de amolado. También se utilizan en automóviles como piezas de motor, disipadores de calor para equipos electrónicos y buenos aislantes eléctricos.
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Nitruro de boro hexagonal (HBN)
Conociendo las propiedades de HBN Como se trata de una cerámica avanzada, es muy importante antes de utilizarla en aplicaciones. Nitruro de boro H Es una cerámica estable con una sola capa 2D similar al grafeno. Es térmicamente estable hasta una temperatura ambiente de 1000 °C y aún más alta en condiciones de vacío. Es químicamente inerte y tolera ácidos, pero se degrada en sales fundidas y compuestos alcalinos.
Las nanocintas de HBN Tiene un rango de conductividad térmica de 1700 W/mK a 2000 W/mK. Se utilizan a menudo como sustratos, materiales para baterías y son bastante comunes en aplicaciones térmicas.
HBN como sustrato ideal para materiales 2D
El reciente avance ha sido aclamado HBN Un sustrato perfecto para materiales 2D. Antes de continuar, analicemos qué son los materiales 2D.
Los materiales 2D son materiales de una sola capa Existentes en nanoescala. Se fabrican mediante técnicas como la deposición química de vapor o la exfoliación mecánica y líquida. Las especialidades de materiales de una sola capa (2DM) incluye lo siguiente:
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2DM tiene mayor resistencia a la tracción.
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2DM ofrece una mayor relación área-volumen, lo que ayuda a que los reactivos químicos tengan un mayor tiempo de contacto.
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Tienen propiedades ópticas, mecánicas y eléctricas supremas.
HBN como sustrato ideal para materiales 2D
La técnica de fabricación más popular para preparar materiales 2D es la deposición química de vapor (CVD). Este proceso utiliza una cámara calentada donde la reacción ocurre a presión, temperatura y tiempo controlados. Los átomos, en las condiciones del proceso, chocan con el sustrato para formar materiales 2D sobre él. La ciencia de los materiales moderna prefiere... HBN como sustrato 2DM en dispositivos fotónicos y electrónicos debido a los méritos que se enumeran a continuación.
Méritos generales de HBN
Nitruro de boro hexagonal Tiene ventajas evidentes sobre los sustratos convencionales de SiO₂/Si. La estabilidad térmica a temperaturas elevadas y la resistencia a la oxidación y la corrosión son sus principales ventajas. La estructura monocapa de HBN con Compuesto BN Los enlaces covalentes pueden manipularse, lo que facilita el proceso de CVD. La estabilidad estructural de Nitruro de boro hexagonal es otro factor clave.
Méritos morfológicos de HBN
Los materiales 2D sintetizados con SiO₂/Si convencional son de baja calidad y presentan un alto grado de desorden. La arquitectura y la funcionalidad se ven comprometidas cuando el sustrato se vuelve ineficiente. Nitruro de boro hexagonal Por otro lado, ofrece una superficie atómica plana y lisa sin trampas de carga, a diferencia de otros subestados. La constante reticular de HBN es similar al grafeno, lo que justifica la síntesis 2DM de dispositivos de grafeno.
La densidad de defectos de Nitruro de boro hexagonal es comparativamente menor. Las fuerzas de los muros de Vander presentes en HBN Las capas también garantizan el crecimiento de 2DM que presente alguna discrepancia de propiedades con HBN. Algunos de los resultados conocidos del uso HBN Incluyen el desarrollo de grafeno 2DM superior con alta movilidad. Con HBN Como sustrato, se observa un crecimiento controlado de 2DM que aumenta la eficiencia de los dispositivos.
Conclusión
La funcionalidad de Nitruro de boro H Es abrumador en comparación con los sustratos convencionales. La similitud de la estructura atómica con materiales como el grafeno ha permitido sintetizar 2DM competitivos. HBN Su débil fuerza entre capas permite la producción de una variedad de materiales 2D, lo que los convierte en un sustrato moderno de mérito.