Nanokompoziti na bazi bor nitrida imaju neočekivana svojstva

Nanokompoziti na bazi bor nitrida imaju neočekivana svojstva

Baš kao što ugljenik čini i krto jezgro olovke br. 2 i dijamant tvrđi od čelika u alatu za sečenje, bor nitrid stvara jedinjenja koja mogu biti meka ili tvrda. Ipak, za razliku od ugljenika, mnogo se manje zna o oblicima bor nitrida i njihovim odgovorima na promene temperature i pritiska.

Naučnici sa Univerziteta Rajs pomešali su heksagonalni bor nitrid — meku sortu takođe poznatu kao „beli grafit“ — sa kubičnim bor nitridom — materijalom koji je drugi po tvrdoći iza dijamanta — i otkrili da je rezultujući nanokompozit reagovao sa svetlošću i toplotom na neočekivane načine koji bi mogli biti korisni u mikročipovima sledeće generacije, kvantnim uređajima i drugim aplikacijama napredne tehnologije.

„Heksagonalni bor nitrid se široko koristi u raznim proizvodima, kao što su premazi, maziva i kozmetika“, rekao je Abhijit Bisvas, naučnik koji je vodeći autor studije o istraživanju objavljenom u Nano Letters. „Prilično je mekan i odlično je mazivo, i veoma lagan. Takođe je jeftin i veoma stabilan na sobnoj temperaturi i pod atmosferskim pritiskom.“

„Kubični bor nitrid je takođe veoma interesantan materijal, sa svojstvima koja ga čine veoma obećavajućim za upotrebu u elektronici. Za razliku od heksagonalnog bor nitrida, on je super tvrd — zapravo je blizu dijamanta po tvrdoći.“

Kompozit ova dva naizgled suprotna materijala nadmašio je svoje roditeljske materijale u različitim funkcionalnostima.

„Otkrili smo da kompozit ima nisku toplotnu provodljivost, što znači da bi mogao da služi kao toplotnoizolacioni materijal u elektronskim uređajima, na primer“, rekao je Bisvas. „Termičke i optičke osobine mešovitog materijala se veoma razlikuju od proseka dve vrste bor nitrida.

Haniu Zhu, jedan od odgovarajućih autora studije, rekao je da očekuje da će „optičko svojstvo koje merimo nazvano druga harmonska generacija biti malo za ovu vrstu neuređenog materijala.

„Ali se zapravo ispostavi da je prilično veliko nakon zagrevanja, za red veličine više od pojedinačnog materijala i neobrađene mešavine“, rekao je Žu, katedra Villiam Marsh Rice i docent nauke o materijalima i nanoinženjeringa.

Rekao je da su atomi bora i azota u kompozitu pokazali veću pravilnost i formirali veća zrna, pri čemu zrno označava veličinu grupe atoma poređanih koherentno u rešetki.

„Bili smo iznenađeni kada smo otkrili da kubna zrna bor nitrida rastu umesto da se smanjuju u ovom materijalu od malih zrna u nepomešanim početnim jedinjenjima“, rekao je on.

Teorijska predviđanja i eksperimentalni rezultati dali su konkurentne tvrdnje o tome koja je od dve varijante bor nitrida bila stabilnija:

„Neki teoretičari kažu da je, u uslovima okoline, kubni bor nitrid stabilniji“, rekao je Bisvas. „Eksperimentalno, ljudi su videli da je heksagonalni bor nitrid veoma stabilan. Dakle, ako nekoga pitate koja faza bor nitrida je najstabilnija, verovatno će reći heksagonalni bor nitrid. Ono što vidimo eksperimentalno je suprotno od onoga što su ljudi govoreći teorijski, i još uvek je za debatu.“

Kada je kompozit podvrgnut brzoj, visokotemperaturnoj tehnici poznatoj kao sinterovanje iskre plazme, transformisao se u heksagonalni bor nitrid. Bisvas je rekao da je ovo potvrdilo teorijska predviđanja i pomoglo da se napravi potpunija slika „koje se vrste borovih nitrida pojavljuju u kojim uslovima“.

Štaviše, heksagonalni bor nitrid dobijen posle ovog tretmana bio je višeg kvaliteta od onog koji je prvobitno korišćen za smešu.

„Ono što ćemo sledeće razmotriti je da li tehnika sinterovanja iskričnom plazmom poboljšava kvalitet heksagonalnog bor nitrida sama po sebi, ili vam je potreban kompozit da biste postigli taj efekat“, rekao je Bisvas.

„Ono što je fascinantno u vezi sa ovom studijom je da otvara mogućnosti za prilagođavanje materijala bor nitrida sa pravom količinom heksagonalnih i kubnih struktura, omogućavajući tako širok spektar prilagođenih mehaničkih, termičkih, električnih i optičkih svojstava u ovom materijalu“, rekao je Pulickel. Ajaian, dopisni autor o studiji i predsedavajući Rajsovog Odeljenja za nauku o materijalima i nanoinženjering. Ajaian je profesor inženjerstva Benjamin M. i Mari Greenvood Anderson i profesor nauke o materijalima i nanoinženjeringa, hemije i hemijskog i biomolekularnog inženjerstva.