Гексагональный нитрид бора, используемый в качестве подложки для 2D-материалов

Поскольку двумерные материалы становятся все более популярными в электронных и оптоэлектронных приложениях, поиск эффективной подложки привел к исследованию HBN. Поскольку обычные субстраты оказали влияние на качество выращивания 2DM, HBN оказалась лучшей альтернативой. Давайте проверим, что делает Гексагональный нитрид бора лучший субстрат?

Что такое нитрид бора (BN)? Является ли нитрид бора соединением?

Зная Нитрид бора (BN) Не менее важно изучить химию, прежде чем переходить к изучению ее свойств. Нитрид бора — это химическое соединение, имеющее кристаллическую природу и состоящее из бора и азота. Формула нитрида бора это «БН». Молекула BN изоэлектронен углероду, т.е. имеет схожую структуру и электронную конфигурацию, но отличается расположением элементов. 

Структура нитрида бора (BN)

Зная структурную специфику Нитрид бора помогает нам объяснить функциональность HBN лучше.

В основном структура нитрида бора бывает трех типов: аморфная, гексагональная, кубическая и вюрцитная.

1. Аморфный нитрид бора – структура ABN

Аморфная форма Нитрид бора дезориентирован и эквивалентен углероду. Они не обладают регулярностью в том, как расположены атомы или, вкратце, не имеют структурной конфигурации. За исключением ABN, все другие формы Нитрид бора следовать кристаллической структуре.

2. Шестиугольный нитрид бора - структура HBN

HBN, известный как белый графен, считается чрезвычайно стабильным со слоистой структурой. Слои в структуре удерживаются вместе силой притяжения Вандер-Ваальса. соединение BN присутствующий в каждом слое связан со слоем посредством ковалентных связей. Посмотрите на структуру Гексагональный нитрид бора приведено ниже.

Переходя к монослою HBN, монослой Гексагональный нитрид бора   очень похож на графен. Он имеет сотовую структуру с похожими размерами. В отличие от графена они не черные, а белые на вид. HBN как материал выполняет функцию лучших электроизоляторов.

3. Кубический нитрид бора – структура CBN

С точки зрения стабильности кубический нитрид бора имеет тенденцию быть менее стабильным, чем у HBN. Однако скорость преобразования между структурами при комнатной температуре сравнительно незначительна. Ниже приведено контрольное изображение, показывающее структуру CBN. Структура сфалерита Кубический нитрид бора аналогичен алмазу

4. Вюрцит нитрид бора - структура WBN

WBN следует конфигурации лодки, где соединение BN Образует 6-членное кольцо, как показано на рисунке. Структура вюрцита Нитрид бора является аналогом полиморфа углерода, известного как Лонсдалаит. Твердость вюрцита Нитрид бора оценивается в диапазоне 46 ГПа.

Свойства нитрида бора: краткий обзор

В таблице ниже обобщены важные свойства Нитрид бора относящиеся к различной структуре: аморфная, вюрцитная, кубическая и гексагональная.

Что такое передовая керамика? Является ли HBN одним из них?

Прежде чем перейти к специальностям HBN как передовая керамика, давайте узнаем больше о том, что такое передовая керамика. Передовая керамика, как следует из названия, является превосходным новым поколением керамики, которое имеет конкурентоспособные свойства по сравнению с традиционной керамикой. Они термически стабильны, обладают превосходным электрическим сопротивлением, химически инертны и имеют более высокую теплопроводность, подобную металлам. Некоторые из популярных передовых керамических материалов приведены ниже:

Глинозем

Оксид алюминия — это широко используемая усовершенствованная керамика, состоящая из оксида алюминия. Ионные межатомные связи, присутствующие в структуре оксида алюминия, делают их чрезвычайно стабильными. Они являются хорошими электроизоляторами. Керамика из оксида алюминия обеспечивает хорошую износостойкость и механическую прочность. Они используются в литий-ионных аккумуляторах, материалах насосов, свечах зажигания, датчиках в автомобилях и электроизоляции.

Карбид кремния (SiC)

Карбид кремния Sic образуется путем спекания зерен карбида. Керамика известна своей чрезвычайной твердостью. Естественно, SiC содержится в муассаните. Карбид кремния широко используется в силовой электрике из-за его высокой стойкости к высоким напряжениям. Твердость керамики делает ее пригодной для использования в качестве автомобильных тормозов, брони и автомобильных сцеплений.

Циркониевая керамика

Циркониевая керамика демонстрирует хорошую вязкость разрушения по сравнению со всеми другими видами керамики. Цирконий бывает разных сортов, когда стабилизирован, например, стабилизированный иттрием или магнезией цирконий или частично стабилизированный цирконий. Они часто используются в стоматологической керамике и обычно используются в сочетании с металлами.

Нитрид кремния

Говорят, что нитрид кремния устойчив к окислению и воздействию температурных градиентов. Он используется в различных структурных приложениях. Свойства SiC делают его полезным в качестве компонента двигателя. Он используется для производства режущих инструментов, а биосовместимость делает его полезным в качестве стоматологических и медицинских имплантатов.

Нитрид бора (BN) как усовершенствованная керамика

Нитрид бора, считается обрабатываемой усовершенствованной керамикой. Они обеспечивают хорошую теплопроводность, смазывающую способность, более высокую диэлектрическую прочность и меньшую диэлектрическую постоянную. Нитрид бора также известен как Белый графен из-за структурного сходства с графеном. Они являются хорошими электроизоляторами, а также выдерживают более высокую температуру окисления.

Как обсуждалось ранее, Нитрид бора имеет тенденцию существовать в различных структурных конфигурациях. Свойства популярных типов BN приведены ниже:

1. Кубический нитрид бора

Кубический нитрид бора имеет твердость около 4500 кг на мм2, что сопоставимо с алмазом. Он производится путем сжатия под высоким давлением и температурой Гексагональный нитрид бора. Термическая стабильность, теплопроводность и электрическое сопротивление Кубический нитрид бора считаются находящимися на более высокой стороне.

При использовании вместе со сплавами никеля, железа или любыми другими соединениями кубический нитрид бора, как правило, остается инертным. Чрезвычайная твердость Кубический нитрид бора делает их более эффективными шлифовальными инструментами. Они также используются в автомобилях в качестве деталей двигателя, радиаторов для электронного оборудования и являются хорошими электроизоляторами.

2. Гексагональный нитрид бора (HBN)

Зная свойства HBN как высокотехнологичная керамика очень важна перед ее использованием в приложениях. H нитрид бора это стабильная керамика, которая имеет один 2D слой, похожий на графен. Они термически стабильны до температуры воздуха 1000 °C и выдерживают даже более высокую температуру в условиях вакуума. Они химически инертны по своей природе и могут выдерживать кислоты, но разлагаются в расплавленных солях и щелочных соединениях.

Наноленты HBN имеет диапазон теплопроводности от 1700 Вт/мК до 2000 Вт/мК. Они часто используются в качестве подложек, материалов для аккумуляторов и довольно распространены в термических приложениях.

HBN как идеальный субстрат для 2D-материалов

Недавнее достижение приветствовалось HBN будучи идеальной подложкой для 2D-материалов. Прежде чем продолжить, давайте рассмотрим, что такое 2D-материалы?

2D материалы - это однослойные материалы существующие в наномасштабе. Они производятся с помощью таких технологий, как химическое осаждение из паровой фазы или механическое и жидкостное отшелушивание. Особенности однослойные материалы (2DM) включают в себя следующее:

• 2DM имеет более высокую прочность на разрыв.

• 2DM обеспечивает более высокое отношение площади к объему, что позволяет химическим реагентам иметь более длительное время контакта.

• Они обладают превосходными оптическими, механическими и электрическими свойствами.

HBN как идеальная подложка для 2D-материалов

Популярная технология производства, используемая для подготовки 2D-материалов, — это химическое осаждение из паровой фазы (CVD). В этом процессе используется нагреваемая камера, где реакция происходит при контролируемом давлении, температуре и фиксированном времени. Атомы в условиях процесса ударяются о подложку, образуя на ней 2D-материалы. Современное материаловедение предпочитает HBN в качестве подложки 2DM в фотонных и электронных устройствах благодаря перечисленным ниже достоинствам.

Общие достоинства HBN

Гексагональный нитрид бора имеет очевидные преимущества по сравнению с обычными подложками SiO2/Si. Термическая стабильность при повышенных температурах, устойчивость к окислению и коррозии являются основными преимуществами. Однослойная структура HBN с соединение BN Связанные ковалентными связями можно манипулировать, что способствует процессу химического осаждения из газовой фазы. Структурная стабильность Гексагональный нитрид бора еще один ключевой фактор.

Морфологические достоинства HBN

2D-материалы, синтезированные на обычных SiO2/Si, являются неполноценными и в значительной степени неупорядоченными. Архитектура и функциональность подвергаются риску, когда подложка становится неэффективной. Гексагональный нитрид бора с другой стороны, предлагает гладкую плоскую атомную поверхность без ловушек заряда в отличие от других подсостояний. Постоянная решетки HBN похож на графен, который заслуживает 2DM-синтеза графеновых устройств.

Плотность дефектов Гексагональный нитрид бора сравнительно меньше. Силы Вандер-Валли, присутствующие в HBN слои также обеспечивают рост 2DM, который имеет любое несоответствие свойств с HBN. Некоторые из известных результатов использования HBN включают разработку превосходного графена 2DM с высокой подвижностью. HBN в качестве субстрата наблюдается контролируемый рост 2DM, что повышает эффективность устройств.

Заключение

Функциональность H нитрид бора подавляюще по сравнению с обычными субстратами. Сходство атомной структуры с такими материалами, как графен, привело к синтезу конкурентоспособных 2DM. HBN Благодаря слабым силам взаимодействия между слоями они позволяют производить разнообразные 2D-материалы, что делает их современным высококачественным субстратом.