Nitride Bo lục giác được sử dụng làm chất nền cho vật liệu 2D

Với vật liệu 2D ngày càng phổ biến trong các ứng dụng điện tử và quang điện tử, việc tìm kiếm một chất nền hiệu quả đã dẫn đến việc khám phá HBN. Vì các chất nền thông thường có tác động đến chất lượng của 2DM được trồng, HBN đã được chứng minh là một giải pháp thay thế tốt hơn. Hãy cùng kiểm tra xem điều gì làm nên Nitride Bo lục giác một chất nền tốt hơn?

Boron Nitride (BN) là gì? Boron Nitride có phải là hợp chất không?

Biết Nitrua Bo (BN) Hóa học cũng quan trọng không kém trước khi tiến tới tìm hiểu các tính chất của nó. Nitrua Bo là một hợp chất hóa học có bản chất là tinh thể được tạo thành từ Bo và Nitơ. Công thức Nitride Boron là “BN”. Phân tử BN là đồng đẳng điện tử với cacbon nghĩa là nó thể hiện cấu trúc và cấu hình điện tử tương tự nhưng khác nhau về vị trí các nguyên tố. 

Cấu trúc Nitride Bo (BN)

Biết đặc điểm cấu trúc của Nitrua Bo giúp chúng ta giải thích chức năng của HBN tốt hơn.

Về cơ bản, cấu trúc Nitride Bo có ba loại: Vô định hình, Lục giác, Lập phương và Wurtzite.

1. Nitride Bo vô định hình – Cấu trúc ABN

Dạng vô định hình của Nitrua Bo bị mất phương hướng và tương đương với Carbon. Chúng không có sự đều đặn về cách sắp xếp các nguyên tử hoặc nói ngắn gọn là không có cấu hình cấu trúc. Ngoại trừ ABN, tất cả các dạng khác của Nitrua Bo theo cấu trúc tinh thể.

2. Nitrat Boron lục giác - Cấu trúc HBN

HBN, được gọi là graphene trắng, được coi là cực kỳ ổn định với cấu trúc lớp. Các lớp trong cấu trúc được giữ chặt với nhau bằng lực hút Vander Waals. Hợp chất BN có mặt trong mỗi lớp được liên kết với lớp thông qua liên kết cộng hóa trị. Hãy xem cấu trúc của Nitride Bo lục giác được đưa ra dưới đây.

Đến với lớp đơn của HBN, lớp đơn của Nitride Bo lục giác   khá giống Graphene. Nó có cấu trúc dạng tổ ong với kích thước tương tự. Khác với graphene, chúng không có màu đen mà có màu trắng. HBN là một vật liệu có chức năng cách điện tốt hơn.

3. Cấu trúc Nitride Bo lập phương – CBN

Về mặt ổn định Nitride boron khối có xu hướng kém ổn định hơn so với HBNTuy nhiên, tỷ lệ chuyển đổi giữa các cấu trúc ở nhiệt độ phòng tương đối không đáng kể. Hình ảnh tham khảo cho thấy cấu trúc của CBN được đưa ra bên dưới. Cấu trúc sphalerite của Nitrua Bo lập phương tương tự như kim cương

4. Cấu trúc Wurtzite Boron Nitride -WBN

WBN tuân theo cấu hình thuyền trong đó Hợp chất BN tạo thành một vòng 6 cạnh như trong hình. Cấu trúc của Wurtzite Nitrat boron tương tự như dạng đa hình của Carbon được gọi là Lonsdalaite. Độ cứng của Wurtzite Nitrua bo ước tính ở mức 46 GPa.

Tính chất của Boron Nitride: Tổng quan nhanh

Bảng dưới đây tóm tắt các thuộc tính quan trọng của Nitrua Bo liên quan đến các cấu trúc khác nhau: Vô định hình, Wurtzite, Lập phương và Lục giác.

Gốm sứ cao cấp là gì? Liệu HBN có phải là một trong số đó không?

Trước khi đi vào chuyên ngành của HBN Là một loại gốm sứ tiên tiến, chúng ta hãy cùng tìm hiểu thêm về gốm sứ tiên tiến. Gốm sứ tiên tiến, đúng như tên gọi, là loại gốm sứ thế hệ mới vượt trội với các tính chất vượt trội so với gốm sứ truyền thống. Chúng ổn định nhiệt, có khả năng chịu điện vượt trội, trơ về mặt hóa học và có độ dẫn nhiệt cao hơn tương đương kim loại. Dưới đây là một số vật liệu gốm sứ tiên tiến phổ biến:

Nhôm oxit

Alumina là một loại gốm tiên tiến được sử dụng rộng rãi, làm từ nhôm oxit. Các liên kết ion liên nguyên tử hiện diện trong cấu trúc alumina làm cho chúng cực kỳ ổn định. Chúng là chất cách điện tốt. Gốm alumina có khả năng chống mài mòn tốt và có độ bền cơ học cao. Chúng được sử dụng trong pin lithium-ion, vật liệu bơm, bugi, cảm biến trong ô tô và vật liệu cách điện.

Cacbua Silic (SiC)

Silicon Carbide Sic được hình thành thông qua quá trình thiêu kết các hạt Carbide. Gốm sứ này nổi tiếng với độ cứng cực cao. SiC tự nhiên được tìm thấy trong moissanite. Silicon carbide được sử dụng phổ biến trong các thiết bị điện công suất nhờ khả năng chịu được điện áp cao. Độ cứng của gốm sứ khiến nó phù hợp để làm phanh xe, vỏ giáp và bộ ly hợp ô tô.

Gốm sứ Zirconia

Gốm sứ Zirconia có độ bền gãy tốt hơn so với tất cả các loại gốm sứ khác. Zirconia có nhiều loại khác nhau khi được ổn định, chẳng hạn như Zirconia ổn định bằng Yttria hoặc Magie, hoặc Zirconia ổn định một phần. Chúng thường được sử dụng trong gốm sứ nha khoa và thường được kết hợp với kim loại.

Silic Nitride

Silicon Nitride được cho là có khả năng chống oxy hóa và chịu được các gradient nhiệt tác động mạnh. Chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng kết cấu. Các đặc tính của SiC giúp nó trở thành một thành phần hữu ích trong động cơ. Chúng được sử dụng để sản xuất dụng cụ cắt và tính tương thích sinh học giúp chúng hữu ích trong cấy ghép nha khoa và y tế.

Boron Nitride (BN) là một loại gốm tiên tiến

Nitrua Bo, được coi là một loại gốm tiên tiến có thể gia công được. Chúng có độ dẫn nhiệt tốt, khả năng bôi trơn, độ bền điện môi cao hơn và hằng số điện môi thấp hơn. Nitrua Bo còn được gọi là graphene trắng do có cấu trúc tương tự graphene. Chúng là chất cách điện tốt và cũng chịu được nhiệt độ oxy hóa cao.

Như đã thảo luận trước đó, Nitrua Bo có xu hướng tồn tại ở nhiều dạng cấu trúc khác nhau. Các đặc tính của các loại BN phổ biến được trình bày dưới đây:

1. Nitrua Bo lập phương

Nitrua Bo lập phương có độ cứng khoảng 4500 Kg trên mm2, tương đương với kim cương. Nó được sản xuất bằng cách nén ở nhiệt độ và áp suất cao Nitride Bo lục giác. Độ ổn định nhiệt, độ dẫn nhiệt và điện trở suất của Nitrua Bo lập phương được coi là ở mức cao hơn.

Khi sử dụng cùng với hợp kim Niken, Sắt hoặc bất kỳ hợp chất nào khác, Nitride Bo lập phương có xu hướng duy trì trạng thái trơ. Độ cứng cực cao của Nitrua Bo lập phương giúp chúng hoạt động như những dụng cụ mài tốt hơn. Chúng cũng được sử dụng trong ô tô làm bộ phận động cơ, tản nhiệt cho các thiết bị điện tử và là chất cách điện tốt.

2. Nitride Bo lục giác (HBN)

Biết các tính chất của HBN vì gốm sứ tiên tiến rất quan trọng trước khi sử dụng trong các ứng dụng. H Boron Nitride là một loại gốm ổn định với một lớp 2D đơn tương tự như graphene. Chúng bền nhiệt đến 1000 độ C và thậm chí còn bền hơn trong điều kiện chân không. Chúng có bản chất trơ về mặt hóa học và có thể chịu được axit nhưng bị phân hủy trong muối nóng chảy và các hợp chất kiềm.

Các dải nano của HBN có độ dẫn nhiệt từ 1700 W/mK đến 2000 W/mK. Chúng thường được sử dụng làm chất nền, vật liệu pin và khá phổ biến trong các ứng dụng nhiệt.

HBN là chất nền lý tưởng cho vật liệu 2D

Sự tiến bộ gần đây đã được hoan nghênh HBN là chất nền hoàn hảo cho vật liệu 2D. Trước khi tìm hiểu sâu hơn, chúng ta hãy cùng khám phá vật liệu 2D là gì?

Vật liệu 2D là vật liệu một lớp tồn tại ở quy mô nano. Chúng được sản xuất bằng các kỹ thuật như lắng đọng hơi hóa học hoặc tẩy tế bào chết cơ học và lỏng. Các chuyên ngành của vật liệu một lớp (2DM) bao gồm những điều sau đây:

• 2DM có độ bền kéo cao hơn.

• 2DM cung cấp tỷ lệ diện tích trên thể tích cao hơn giúp các chất phản ứng hóa học có thời gian tiếp xúc lâu hơn.

• Chúng có các tính chất quang học, cơ học và điện tối cao

HBN là chất nền lý tưởng cho vật liệu 2D

Kỹ thuật sản xuất phổ biến được sử dụng để chế tạo vật liệu 2D là lắng đọng hơi hóa học (CVD). Quá trình này sử dụng một buồng gia nhiệt, nơi phản ứng diễn ra ở áp suất, nhiệt độ và thời gian được kiểm soát. Các nguyên tử trong điều kiện quy trình va chạm với chất nền để tạo thành vật liệu 2D trên bề mặt. Khoa học vật liệu hiện đại ưa chuộng phương pháp này. HBN làm chất nền 2DM trong các thiết bị quang tử và điện tử do những ưu điểm được liệt kê dưới đây.

Ưu điểm chung của HBN

Nitride Bo lục giác có những ưu điểm rõ ràng so với nền SiO2/Si thông thường. Độ ổn định nhiệt ở nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa và ăn mòn là những ưu điểm nổi bật. Cấu trúc một lớp của HBN với Hợp chất BN liên kết bằng liên kết cộng hóa trị có thể được thao tác để hỗ trợ quá trình CVD. Tính ổn định cấu trúc của Nitride Bo lục giác là một yếu tố quan trọng khác.

Ưu điểm hình thái của HBN

Vật liệu 2D được tổng hợp trên SiO2/Si thông thường kém chất lượng hơn và bị mất trật tự đáng kể. Kiến trúc và chức năng bị ảnh hưởng khi chất nền trở nên kém hiệu quả. Nitride Bo lục giác mặt khác cung cấp một bề mặt nguyên tử phẳng mịn không có bẫy điện tích trái ngược với các trạng thái phụ khác. Hằng số mạng của HBN tương tự như Graphene, xứng đáng được tổng hợp theo phương pháp 2DM cho các thiết bị graphene.

Mật độ khuyết tật của Nitride Bo lục giác tương đối ít hơn. Các lực của bức tường Vander hiện diện trong HBN Các lớp cũng đảm bảo sự phát triển của 2DM có bất kỳ đặc tính nào không phù hợp với HBN. Một số kết quả đã biết của việc sử dụng HBN bao gồm sự phát triển của graphene 2DM vượt trội với tính di động cao. Với HBN với tư cách là chất nền, người ta quan sát thấy sự phát triển có kiểm soát của 2DM giúp tăng hiệu quả của thiết bị.

Phần kết luận

Chức năng của H Boron Nitride vượt trội hơn hẳn so với các chất nền thông thường. Sự tương đồng về cấu trúc nguyên tử với các vật liệu như graphene đã dẫn đến việc tổng hợp các 2DM cạnh tranh. HBN với lực yếu giữa các lớp cho phép sản xuất nhiều loại vật liệu 2D khiến chúng trở thành chất nền hiện đại có giá trị.