Nitreto de boro hexagonal usado como substrato para materiais 2D

Com os materiais 2D se tornando populares em aplicações eletrônicas e optoeletrônicas, a busca por um substrato eficiente resultou na exploração HBN. Como os substratos convencionais apresentaram implicações na qualidade do 2DM cultivado, HBN provou ser uma alternativa melhor. Vamos verificar o que torna Nitreto de boro hexagonal um substrato melhor?

O que é nitreto de boro (BN)? O nitreto de boro é um composto?

Sabendo Nitreto de boro (BN) a química é igualmente importante antes de avançar para aprender suas propriedades. Nitreto de boro é um composto químico de natureza cristalina constituído de boro e nitrogênio. Fórmula de nitreto de boro é “BN”. O Molécula BN é isoeletrônico ao carbono, ou seja, exibe estrutura e configuração eletrônica semelhantes, mas difere no posicionamento dos elementos. 

Estrutura do nitreto de boro (BN)

Conhecendo a especialidade estrutural de Nitreto de boro nos ajuda a explicar a funcionalidade do HBN melhorar.

Principalmente, a estrutura do nitreto de boro é de três tipos: amorfa, hexagonal, cúbica e wurtzita.

1. Estrutura de nitreto de boro amorfo – ABN

Forma amorfa de Nitreto de boro é desorientado e é equivalente ao Carbono. Não possui regularidade na disposição dos átomos ou, em suma, não possui configuração estrutural. Além do ABN, todas as outras formas de Nitreto de boro seguir estrutura cristalina.

2. Nitreto de Boro Hexagonal - Estrutura HBN

HBN, conhecido como grafeno branco, é considerado extremamente estável, com estrutura em camadas. As camadas da estrutura são mantidas juntas pela força de atração de Vander Waals. Composto BN presente em cada camada está ligado à camada por ligações covalentes. Observe a estrutura de Nitreto de boro hexagonal dado abaixo.

Chegando à monocamada de HBN, a monocamada de Nitreto de boro hexagonal   É bastante semelhante ao grafeno. Possui uma estrutura em favo de mel com dimensões semelhantes. Ao contrário do grafeno, não são pretos, mas sim brancos. O HBN, como material, funciona como um melhor isolante elétrico.

3. Estrutura de Nitreto de Boro Cúbico – CBN

Em termos de estabilidade nitreto de boro cúbico tende a ser menos estável do que a de HBN. No entanto, a taxa de conversão entre as estruturas à temperatura ambiente é comparativamente insignificante. Uma imagem de referência mostrando a estrutura do CBN é apresentada abaixo. A estrutura da esfalerita de Nitreto de boro cúbico é análogo ao diamante

4. Estrutura de nitreto de boro Wurtzita -WBN

O WBN segue uma configuração de barco onde o Composto BN forma um anel de 6 membros, como mostrado na imagem. A estrutura da Wurtzita nitreto de boro é análogo ao polimorfo do Carbono conhecido como Lonsdalaíta. A dureza da Wurtzita Nitreto de boro é estimado em algo em torno de 46 GPa.

Propriedades do nitreto de boro: uma rápida olhada

A tabela abaixo resume as propriedades importantes de Nitreto de boro pertencente a diferentes estruturas: Amorfa, Wurtzita, Cúbica e Hexagonal.

O que são cerâmicas avançadas? O HBN é uma delas?

Antes de entrar nas especialidades de HBN Como cerâmica avançada, vamos aprender mais sobre o que é cerâmica avançada. Cerâmicas avançadas, como o nome sugere, são cerâmicas superiores de nova geração que apresentam propriedades competitivas em relação às cerâmicas tradicionais. São termicamente estáveis, possuem resistência elétrica superior, são quimicamente inertes e têm maior condutividade térmica, semelhante à dos metais. Alguns dos materiais cerâmicos avançados populares são apresentados a seguir:

Alumina

A alumina é uma cerâmica avançada amplamente utilizada, composta de óxido de alumínio. As ligações interatômicas iônicas presentes na estrutura da alumina a tornam extremamente estável. São bons isolantes elétricos. A cerâmica de alumina oferece boa resistência ao desgaste e é mecanicamente forte. É usada em baterias de íons de lítio, materiais para bombas, velas de ignição, sensores em automóveis e isolamento elétrico.

Carboneto de silício (SiC)

O carboneto de silício (Sic) é formado pela sinterização de grãos de carboneto. A cerâmica é conhecida por sua extrema dureza. Naturalmente, o SiC é encontrado na moissanita. O carboneto de silício é popularmente utilizado em sistemas elétricos de potência devido à sua alta resistência a altas tensões. A dureza da cerâmica a torna adequada para uso em freios, blindagens e embreagens de automóveis.

Cerâmica de zircônia

A cerâmica de zircônia apresenta boa tenacidade à fratura em comparação com todas as outras cerâmicas. A zircônia pode ser encontrada em diferentes graus quando estabilizada, como zircônia estabilizada com ítria ou magnésia ou zircônia parcialmente estabilizada. São frequentemente utilizadas em cerâmicas odontológicas e geralmente em combinação com metais.

Nitreto de silício

Diz-se que o nitreto de silício é resistente à oxidação e a gradientes térmicos impactantes. É utilizado em diversas aplicações estruturais. As propriedades do SiC o tornam útil como componente de motores. É usado na produção de ferramentas de corte e sua biocompatibilidade o torna útil como implantes dentários e médicos.

Nitreto de Boro (BN) como uma Cerâmica Avançada

Nitreto de boro, é considerada uma cerâmica avançada e usinável. Oferece boa condutividade térmica, lubricidade, maior rigidez dielétrica e menor constante dielétrica. Nitreto de boro Também conhecido como grafeno branco devido à semelhança estrutural com o grafeno. São bons isolantes elétricos e também resistem a altas temperaturas de oxidação.

Conforme discutido anteriormente, Nitreto de boro tende a existir em diferentes configurações estruturais. As propriedades dos tipos populares de BN são apresentadas a seguir:

1. Nitreto de boro cúbico

Nitreto de boro cúbico tem dureza em torno de 4500 kg por mm2, comparável ao diamante. É fabricado por compressão de alta temperatura e pressão de Nitreto de boro hexagonal. A estabilidade térmica, a condutividade térmica e a resistividade elétrica de Nitreto de boro cúbico são considerados como estando no lado mais alto.

Quando usado em conjunto com ligas de níquel, ferro ou quaisquer outros compostos, o nitreto cúbico de boro tende a permanecer inerte. A extrema dureza do Nitreto de boro cúbico O que os torna melhores ferramentas de retificação. Também são usados em automóveis como peças de motor, dissipadores de calor para equipamentos eletrônicos e são bons isolantes elétricos.

2. Nitreto de boro hexagonal (HBN)

Conhecendo as propriedades de HBN como uma cerâmica avançada é muito importante antes de usá-la em aplicações. H Nitreto de Boro É uma cerâmica estável que possui uma única camada bidimensional semelhante ao grafeno. É termicamente estável até uma temperatura do ar de 1000 °C e resiste a temperaturas ainda mais elevadas em condições de vácuo. É quimicamente inerte por natureza e tolera ácidos, mas degrada-se em sais fundidos e compostos alcalinos.

As nanofitas de HBN Possui uma faixa de condutividade térmica de 1700 W/mK a 2000 W/mK. São frequentemente usados como substratos, materiais de baterias e são bastante comuns em aplicações térmicas.

HBN como substrato ideal para materiais 2D

O avanço recente foi aclamado HBN Sendo um substrato perfeito para materiais 2D. Antes de prosseguirmos, vamos explorar o que são materiais 2D?

Materiais 2D são materiais de camada única existentes em nanoescala. São fabricados por técnicas como deposição química de vapor ou esfoliação mecânica e líquida. As especialidades de materiais de camada única (2DM) incluem o seguinte:

• 2DM tem maior resistência à tração.

• 2DM oferece maior relação área/volume, o que ajuda os reagentes químicos a terem maior tempo de contato.

• Possuem propriedades ópticas, mecânicas e elétricas supremas

HBN como substrato ideal para materiais 2D

A técnica de fabricação popular usada para preparar materiais bidimensionais é a Deposição Química de Vapor (CVD). O processo utiliza uma câmara aquecida onde a reação ocorre sob pressão, temperatura e tempo fixos. Os átomos sob as condições do processo colidem com o substrato para formar materiais bidimensionais sobre ele. A ciência moderna dos materiais prefere HBN como substrato 2DM em dispositivos fotônicos e eletrônicos devido aos méritos listados abaixo.

Méritos Gerais do HBN

Nitreto de boro hexagonal apresenta vantagens evidentes em relação aos substratos convencionais de SiO2/Si. A estabilidade térmica em temperaturas elevadas e a resistência à oxidação e corrosão são as principais vantagens. A estrutura de camada única de HBN com Composto BN ligados por ligações covalentes podem ser manipulados, o que auxilia no processo de CVD. A estabilidade estrutural de Nitreto de boro hexagonal é outro fator chave.

Méritos Morfológicos do HBN

Os materiais bidimensionais sintetizados em SiO₂/Si convencional são inferiores e extremamente desordenados. A arquitetura e a funcionalidade ficam comprometidas quando o substrato se torna ineficiente. Nitreto de boro hexagonal por outro lado, oferece uma superfície atômica lisa e plana, sem armadilhas de carga, ao contrário de outros subestados. A constante de rede de HBN é semelhante ao grafeno, o que justifica a síntese 2DM de dispositivos de grafeno.

A densidade de defeitos de Nitreto de boro hexagonal é comparativamente menor. As forças das paredes de Vander presentes em HBN camadas também garantem o crescimento de 2DM que tenha alguma incompatibilidade de propriedade com HBN. Alguns dos resultados conhecidos do uso HBN incluem o desenvolvimento de grafeno 2DM superior com alta mobilidade. Com HBN como substrato, observa-se um crescimento controlado de 2DM que aumenta a eficiência dos dispositivos.

Conclusão

A funcionalidade de H Nitreto de Boro é impressionante quando comparado a substratos convencionais. A similaridade da estrutura atômica com materiais como o grafeno resultou na síntese de 2DMs competitivos. HBN com sua fraca força entre camadas, permite a produção de uma variedade de materiais 2D, o que os torna um substrato moderno de mérito.