2D 재료가 전자 및 광전자 응용 분야에서 인기를 얻으면서 효율적인 기판에 대한 탐색이 이루어졌습니다. HBN. 기존 기질이 2DM 재배 품질에 영향을 미치기 때문에 HBN 더 나은 대안으로 판명되었습니다. 무엇이 더 나은지 확인해 보겠습니다. 육각형 질화붕소 더 나은 기질?
질화붕소(BN)란 무엇인가요? 질화붕소는 화합물인가요?
앎 질화붕소(BN) 화학은 그 특성을 배우기 전에 반드시 공부해야 할 중요한 과목입니다. 질화붕소 붕소와 질소로 구성된 결정질 화합물입니다. 질화붕소 공식 "BN"입니다. BN 분자 탄소와 등전자성을 갖습니다. 즉, 유사한 구조와 전자 배열을 보이지만 원소의 배치가 다릅니다.
질화붕소(BN) 구조
구조적 특성을 알고 질화붕소 기능을 설명하는 데 도움이 됩니다. HBN 더 나은.
질화붕소 구조는 주로 비정질, 육각형, 입방형, 뷔르차이트형의 세 가지 유형으로 구성됩니다.
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비정질 질화붕소 – ABN 구조
무정형의 형태 질화붕소 방향 감각을 잃고 탄소와 동일합니다. 원자 배열에 규칙성이 없거나 간단히 말해 구조적 구성이 없습니다. ABN을 제외한 다른 모든 형태의 질화붕소 결정 구조를 따릅니다.
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육각형 질화붕소 - HBN 구조
HBN백색 그래핀으로 알려진 이 그래핀은 층상 구조를 가진 매우 안정적인 물질로 여겨집니다. 이 구조의 층들은 반더 발스 인력에 의해 서로 연결되어 있습니다. BN 화합물 각 층에 존재하는 층은 공유 결합을 통해 층과 결합되어 있습니다. 구조를 살펴보세요. 육각형 질화붕소 아래에 나와 있습니다.
단층에 도달하다 HBN, 단층의 육각형 질화붕소 그래핀과 매우 유사합니다. 비슷한 크기의 벌집 구조를 가지고 있습니다. 그래핀과는 달리 검은색이 아니라 흰색입니다. HBN은 더 나은 전기 절연체 역할을 하는 물질입니다.
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입방정 질화붕소 – CBN 구조
안정성 측면에서 입방정계 붕소 질화물 보다 덜 안정적일 경향이 있습니다 HBN그러나 실온에서 구조 간 전환율은 비교적 미미합니다. CBN의 구조를 보여주는 참고 이미지는 아래와 같습니다. 섬아연석의 구조는 입방정계 질화붕소 다이아몬드와 유사하다
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Wurtzite Boron Nitride -WBN 구조
WBN은 다음과 같은 보트 구성을 따릅니다. BN 화합물 그림과 같이 6원자 고리를 형성합니다. 뷔르츠자이트의 구조는 질화붕소 론스달라이트(Lonsdalaite)로 알려진 탄소의 다형체와 유사합니다. 부르자이트의 경도는 질화붕소 46 GPa 범위로 추정됩니다.
질화붕소의 특성: 간략히 살펴보기
아래 표는 중요한 속성을 요약한 것입니다. 질화붕소 비정질, 워자이트, 입방체 및 육각형 등 다양한 구조에 속합니다.
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속성 |
ABN |
HBN |
WBN |
중앙은행 |
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질화붕소 밀도(g/cm3) |
2.3 |
2.1 |
3.5 |
3.5 |
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질화붕소 열전도도(W/Mk) |
3 |
600(II층) 30(I층) |
740 |
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밴드갭(Ev) |
5 |
6- 6.4 |
4.5 – 5.5 |
10-10.7 |
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질화붕소의 굴절률 |
1.7 |
1.8 |
2.1 |
2 |
고급 세라믹이란 무엇인가요? HBN도 그 중 하나인가요?
전문 분야에 들어가기 전에 HBN 고급 세라믹으로서, 고급 세라믹이 무엇인지 자세히 알아보겠습니다. 고급 세라믹은 이름에서 알 수 있듯이 기존 세라믹보다 경쟁력 있는 특성을 가진 차세대 세라믹입니다. 열적으로 안정적이고, 전기 저항이 우수하며, 화학적으로 불활성이고, 금속과 유사하게 높은 열전도도를 가지고 있습니다. 널리 사용되는 고급 세라믹 소재는 다음과 같습니다.
알루미나
알루미나는 산화알루미늄으로 만들어진 널리 사용되는 고급 세라믹입니다. 알루미나 구조에 존재하는 이온 원자간 결합은 매우 안정적입니다. 알루미나는 우수한 전기 절연체입니다. 알루미나 세라믹은 우수한 내마모성과 기계적 강도를 제공합니다. 리튬 이온 배터리, 펌프 소재, 점화 플러그, 자동차 센서 및 전기 절연에 사용됩니다.
탄화규소(SiC)
탄화규소(SiC)는 탄화물 입자의 소결을 통해 형성됩니다. 이 세라믹은 매우 높은 경도로 유명합니다. SiC는 자연적으로 모이사나이트에서 발견됩니다. 탄화규소는 고전압에 대한 높은 내구성으로 인해 전력 전자 제품에 널리 사용됩니다. 세라믹의 높은 경도는 자동차 브레이크, 장갑, 자동차 클러치로 사용하기에 적합합니다.
지르코니아 세라믹
지르코니아 세라믹은 다른 모든 세라믹에 비해 우수한 파괴인성을 나타냅니다. 지르코니아는 안정화된 경우 이트리아 또는 마그네시아 안정화 지르코니아 또는 부분 안정화 지르코니아와 같이 다양한 등급으로 나뉩니다. 지르코니아는 치과용 세라믹에 자주 사용되며 일반적으로 금속과 함께 사용됩니다.
질화규소
질화규소는 산화 및 충격적인 열 구배에 대한 내성이 뛰어난 것으로 알려져 있습니다. 다양한 구조용 소재로 사용됩니다. SiC의 특성 덕분에 엔진 부품으로 유용하게 활용될 수 있습니다. 절삭 공구 생산에도 사용되며, 생체적합성 덕분에 치과 및 의료용 임플란트로도 활용 가능합니다.
고급 세라믹으로서의 질화붕소(BN)
질화붕소는 가공 가능한 고급 세라믹으로 간주됩니다. 우수한 열전도도, 윤활성, 높은 유전 강도, 낮은 유전율을 제공합니다. 질화붕소 그래핀과 구조적 유사성으로 인해 백색 그래핀이라고도 불립니다. 우수한 전기 절연체이며 높은 산화 온도에도 잘 견딥니다.
앞서 논의한 바와 같이, 질화붕소 다양한 구조적 구성으로 존재하는 경향이 있습니다. 널리 사용되는 BN 유형의 특성은 다음과 같습니다.
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입방정계 질화붕소
입방정계 질화붕소 경도는 mm²당 약 4500kg으로 다이아몬드와 유사합니다. 고온 고압 압축 방식으로 제조됩니다. 육각형 질화붕소. 열 안정성, 열 전도도 및 전기 저항률 입방정계 질화붕소 높은 편으로 간주됩니다.
니켈, 철 또는 기타 화합물의 합금과 함께 사용하면 입방정 질화붕소는 불활성 상태를 유지하는 경향이 있습니다. 입방정계 질화붕소 더 나은 연삭 공구로 기능하게 합니다. 또한 자동차 엔진 부품, 전자 장비의 방열판, 그리고 우수한 전기 절연체로도 사용됩니다.
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육방정계 질화붕소(HBN)
의 속성을 알고 HBN 고급 세라믹은 실제 응용 분야에 사용하기 전에 매우 중요합니다. H 질화붕소 그래핀과 유사한 단일 2D 층을 가진 안정적인 세라믹입니다. 1000°C의 대기 온도까지 열적으로 안정적이며 진공 상태에서는 더욱 높은 온도에서도 안정적입니다. 화학적으로 불활성이며 산에는 견딜 수 있지만 용융염과 알칼리성 화합물에서는 분해됩니다.
나노리본의 HBN 열전도도는 1700W/mK에서 2000W/mK까지입니다. 기판, 배터리 소재로 자주 사용되며, 열 응용 분야에서도 널리 사용됩니다.
2D 소재를 위한 이상적인 기판으로서의 HBN
최근의 발전은 환영을 받았습니다. HBN 2D 소재에 완벽한 기판이 될 수 있습니다. 더 자세히 알아보기 전에 2D 소재란 무엇인지 알아보겠습니다.
2D 소재는 단일 층 재료 나노스케일로 존재합니다. 화학 기상 증착이나 기계적 및 액체 박리와 같은 기술로 제조됩니다. 단일 층 재료 (2DM)에는 다음이 포함됩니다.
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2DM은 인장 강도가 더 높습니다.
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2DM은 더 높은 면적 대 부피 비율을 제공하여 화학 반응물의 접촉 시간을 늘리는 데 도움이 됩니다.
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그들은 최고의 광학적, 기계적, 전기적 특성을 가지고 있습니다.
2D 소재를 위한 이상적인 기판으로서의 HBN
2D 소재를 제조하는 데 널리 사용되는 제조 기술은 화학 기상 증착(CVD)입니다. 이 공정은 제어된 압력, 온도, 그리고 고정된 시간 동안 반응이 일어나는 가열 챔버를 사용합니다. 공정 조건 하에서 원자는 기판에 충돌하여 그 위에 2D 소재를 형성합니다. 현대 재료 과학은 CVD를 선호합니다. HBN 아래 나열된 장점으로 인해 광자 및 전자 장치의 2DM 기판으로 사용됩니다.
HBN의 일반적인 장점
육각형 질화붕소 기존 SiO2/Si 기판에 비해 확실한 장점을 가지고 있습니다. 고온에서의 열 안정성, 산화 및 부식에 대한 저항성이 주요 장점입니다. 단일층 구조는 HBN ~와 함께 BN 화합물 공유 결합으로 결합된 구조는 CVD 공정을 보조하는 조작이 가능합니다. 구조적 안정성 육각형 질화붕소 또 다른 핵심 요소입니다.
HBN의 형태학적 장점
기존 SiO2/Si 기반에서 합성된 2D 소재는 품질이 낮고 무질서한 구조를 가지고 있습니다. 기판의 효율이 떨어지면 구조와 기능이 저하됩니다. 육각형 질화붕소 반면에 다른 하위 상태와는 달리 전하 트랩이 없는 매끄럽고 평평한 원자 표면을 제공합니다. 격자 상수는 HBN 그래핀 소자의 2DM 합성에 적합한 그래핀과 유사합니다.
결함 밀도 육각형 질화붕소 비교적 적습니다. Vander 벽의 힘은 HBN 레이어는 또한 HBN과 속성 불일치가 있는 2DM의 성장을 보장합니다. 사용의 알려진 결과 중 일부는 다음과 같습니다. HBN 높은 이동도를 가진 우수한 그래핀 2DM의 개발을 포함합니다. HBN 기질로서 2DM의 제어된 성장이 관찰되어 장치의 효율성이 증가합니다.
결론
의 기능 H 질화붕소 기존 기판과 비교했을 때 압도적입니다. 그래핀과 같은 소재와의 원자 구조 유사성 덕분에 경쟁력 있는 2DM 합성이 가능해졌습니다. HBN 층간의 힘이 약하기 때문에 다양한 2D 소재를 생산할 수 있어 현대적 기판으로 적합합니다.