Vật liệu tổng hợp dựa trên BN và hằng số điện môi của chúng: Tổng quan chi tiết

Boron Nitride đang thu hút sự chú ý đáng kể do những tiến bộ thế hệ tiếp theo trong truyền thông không dây. Giá trị thấp hơn của hằng số điện môi và tổn thất tối thiểu tương ứng làm cho chúng vượt trội trong kỹ thuật điện tử tần số cao. Ở đây chúng tôi đang cố gắng khám phá các khía cạnh khác nhau của BN- vật liệu tổng hợp và hiệu suất điện môi.

Hiểu biết chung về Boron Nitride

Boron Nitride là vật liệu chịu lửa không độc hại, về cơ bản không màu, có khả năng chịu nhiệt tuyệt vời và mật độ thấp. Vì cấu trúc của chúng gần giống kim cương hoặc graphene, chúng thường được gọi là "graphene trắng". Các đặc tính tiên tiến của Boron Nitride khiến chúng trở thành vật liệu lý tưởng trong điện tử và liên lạc radar. Chúng có thể được tìm thấy ở dạng tinh thể không màu hoặc dạng bột màu trắng.

Tính chất của Nitride Bo

Như tên gọi của nó, Bo Nitride có các nguyên tử Bo và Nitơ trong mọi cấu trúc thiết yếu của chúng. Mạng tinh thể khác nhau là lý do tạo nên sự khác biệt. Tính chất của Nitride Bo. H-BN thể hiện cấu trúc phủ. Do đó, loại gốm tiên tiến này thường thích hợp làm chất cách điện và chất bôi trơn.

Ngược lại, c-BN cứng hơn và có cấu trúc tương tự kim cương. Chúng có khả năng chống oxy hóa cực tốt. c-BN là vật liệu cứng thứ hai, sau kim cương. Wurtzite là một dạng cấu trúc khác của BN, cứng hơn Bo Nitride lập phương.

Boron Nitride cũng sở hữu các đặc tính quan trọng khác. Nhờ độ dẫn nhiệt cao, chúng chủ yếu được sử dụng trong các linh kiện tản nhiệt trong các thiết bị điện tử. Chúng trơ với axit, kiềm hoặc các thành phần nóng chảy. Giá trị mật độ h-BN và c-BN lần lượt là khoảng 2,1 g/cm3 và 3,5 g/cm3.

Nhờ hằng số điện môi nằm trong khoảng đáng kể, chúng là chất cách điện tuyệt vời. Boron Nitride cũng có điểm nóng chảy cao trong khoảng 2900 độ C trở lên và vẫn giữ nguyên vẹn trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt.

Hợp chất Nitride Bo được hình thành thông qua sản xuất chiến lược

Khoa học hiện đại đã dẫn đến việc phát minh ra một số Hợp chất Nitride BoMột số trong số đó là ZS- Boron Nitride, ALN- Boron Nitride và BO – Boron Nitride. Mỗi loại composite được thiết kế riêng cho các ứng dụng riêng biệt tùy thuộc vào tính chất và chức năng của chúng. Thông tin chi tiết về các loại vật liệu khác nhau Hợp chất Nitride Bo và các ứng dụng của chúng được đưa ra dưới đây.

Hợp chất ZS-BN

Như tên gọi của nó, ZSBN là BN tổng hợp Sự kết hợp giữa Silicon Carbide và Zirconia với Boron Nitride. Việc bổ sung cả Zirconia và SiC đã cải thiện đáng kể độ cứng và khả năng chống mài mòn của vật liệu BN thông thường. Ưu điểm bổ sung của ZSBN là độ ổn định hóa học và nhiệt, lý tưởng cho các ứng dụng điện tử hoặc công suất cao. Vật liệu composite BN làm từ Zirconia và SiC cũng có thể hoạt động như một bộ tản nhiệt.

Vật liệu composite BN – ALN

BN-ALN là một BN tổng hợp Được tạo thành từ Boron Nitride và Nhôm Nitride. Vật liệu composite này có độ ổn định nhiệt, điện trở suất và độ dẫn điện cao. Vật liệu composite này chủ yếu được sử dụng trong sản xuất phụ kiện bán dẫn, linh kiện cách điện và chế tạo bánh răng và ổ trục. Các đặc tính cơ học bao gồm độ cứng và độ bền cực cao.

Hợp chất BN – BO

Vật liệu composite BN-BO có thành phần chính là BN trộn với oxit Bo. Thành phần chính trong vật liệu composite BN là 98%, chiếm phần lớn vật liệu. BN-BO có độ ổn định nhiệt, khả năng chống va đập và độ ổn định hóa học cao. Vật liệu này được sử dụng để chế tạo vật liệu chịu được nhiệt độ cao và hoạt động trong môi trường khắc nghiệt như vòi phun.

Các loại gốm Boron Nitride

Các loại gốm composite BN được đưa ra dưới đây để bạn hiểu rõ hơn.

Hằng số điện môi của Bo Nitride

Hằng số điện môi còn được gọi là hằng số điện môi tương đối, là yếu tố quyết định hành vi của vật liệu trong trường điện. Hằng số điện môi cho chúng ta biết về phạm vi mà vật liệu có thể lưu trữ năng lượng tùy thuộc vào trường điện được áp dụng. Nói chung, hằng số điện môi giá trị của Boron Nitride nằm trong khoảng từ 3 đến 5. Tính chất này giúp nó hoạt động như chất cách điện tốt hơn trong các ứng dụng điện tử.

Vật liệu điện môi là gì?

MỘT vật liệu điện môi có độ dẫn nhiệt yếu. Nó thiếu các thiết bị điện tử chuyển động tự do hỗ trợ truyền tải điện. Nhưng một vật liệu điện môi chắc chắn có thể lưu trữ điện tích giúp chúng hoạt động như chất cách điện.

BN phù hợp như vật liệu điện môi trong các linh kiện điện tử như tụ điện vì nó có khả năng chống lại dòng điện. Bo Nitride cũng là chất cách điện có thể chịu được môi trường nhiệt độ cao. Cấu trúc của Bo Nitride có tác động khác nhau. tính chất điện môi do cấu hình mà nó sở hữu. Nói chung, các kỹ sư sử dụng một số công nghệ để sửa đổi tính chất điện môi để phù hợp với Boron Nitride trong các ứng dụng mong muốn.

Điều chỉnh tính chất điện môi của vật liệu composite bn

Phương pháp điều chỉnh tính chất điện môi

Như đã giải thích tính chất điện môi của Vật liệu tổng hợp BN Nhìn chung, tính chất này phụ thuộc vào cấu trúc vi mô và thành phần của nó. Trong thành phần vi mô thiết yếu của vật liệu composite, tính đồng nhất trong việc phân tán BN làm giảm tổn thất điện môi. Các chất độn khác như SiC và AlN sẽ tăng cường hiệu ứng tính chất trong mạng tinh thể chính. Các hệ số điều chỉnh nổi bật như sau:

• Sự sắp xếp các tấm nano trong vật liệu composite giúp giảm giá trị tan. Điều này được cho là do sự thay đổi về hình thái.
• Thành phần của chất độn giúp thay đổi độ dẫn nhiệt và tính chất cách điện
• Có thể giảm thiểu sự phân cực và tổn thất kéo dài bằng cách kiểm soát độ xốp hoặc khuyết tật tại giao diện.
• Hợp chất BN có giá trị điện môi tốt hơn có điện môi hằng số khoảng 1,3 – 3,6 và tổn thất điện môi khoảng dưới 0,01 GHz

Hệ thống tần số cao và điều chỉnh điện môi

• Giá trị tan thấp có lợi cho PCB 5G điện tử để đảm bảo tính toàn vẹn của tín hiệu
• Độ dẫn nhiệt cao, ít hơn tổn thất điện môi và khả năng chống sốc vượt trội giúp ích cho các hệ thống liên lạc không dây hoặc dựa trên radar
• Ổn định hằng số điện môi và khả năng tản nhiệt rất quan trọng khi đóng gói thiết bị điện tử.

Lợi ích của việc điều chỉnh các đặc tính điện môi – thay đổi về cấu trúc hoặc hình thái

• Chất độn được sử dụng trong vật liệu composite BN có thể thay đổi kích thước hạt và hình dạng của vật liệu composite BN. Sự thay đổi về hướng và hình dạng giúp cải thiện dòng nhiệt và hạn chế tổn thất điện môi.
• Phương pháp tổng hợp các đường dẫn nhiệt liên tục trong kỹ thuật mạng giúp cải thiện hành vi cách điện của vật liệu composite BN
• Hiệu suất và độ ổn định của vật liệu thường bị ảnh hưởng bởi việc giảm thiểu các lỗ rỗng và sự không liên tục tại giao diện

Tính chất điện môi và sự đánh đổi trong hệ thống vật liệu composite BN

• Vật liệu composite BN-ALN đảm bảo độ dẫn nhiệt khoảng 320 W/ Mk và hằng số điện môi giá trị nhỏ hơn 4
• BN – Vật liệu composite gốc SiC mang lại khả năng cách nhiệt tốt và độ bền cơ học cao hơn
• BN – Zirconia là vật liệu composite có khả năng chống sốc nhiệt tốt. Nó cũng kiểm soát tính chất điện môi và hiệu suất liên quan của nó
• Phương pháp căn chỉnh được áp dụng trong vật liệu composite BN gốc polymer đảm bảo độ điện môi thấp. Nó cung cấp khả năng dẫn nhiệt thông qua hình dạng mạng tinh thể dị hướng.

Phần kết luận

Phát minh của BN composite có đã nâng cao chức năng của gốm, giúp nó phù hợp với nhiều ứng dụng. Việc tinh chỉnh vật liệu composite là rất cần thiết để thay đổi các tính chất thiết yếu nhằm phù hợp với các ứng dụng trong điện tử. Tinh chỉnh điện môi là một yếu tố quan trọng để tăng hiệu suất của vật liệu composite thông thường.