Boro nitruro multifuntzionala
Boro nitruroanitrogeno eta boro atomoz osatutako kristala da. Ezaguna den boro nitruro hexagonalaz (grafito zuria) gain, boro nitruro kubikoa (CBN), boro nitruro erronboedrikoa (RBN) eta wurtzita boro nitruroa (WBN) aldaerak ere badaude, eta zientzialariek grafenoaren antzeko propietateak dituzten bi dimentsioko boro nitruro kristalak ere aurkitu dituzte. Boro nitruroaren aldaera desberdinek ezaugarri eta aplikazio desberdinak dituzte. Grafito zuri hexagonala adibidetzat hartuta, nitrogeno eta boro atomoek osatutako sare hexagonalaren egitura oso antzekoa da grafitoaren karbono atomoen sare hexagonalaren egiturarekin, beraz, propietate antzekoak ditu alderdi batzuetan, hala nola beroarekiko erresistentzian, Higaduraren erresistentzia, eta laingarritasuna. Hala ere, grafito zuriak propietate berezi batzuk ere baditu; adibidez, grafitoak beroa eta elektrizitatea eroa ditzakeen bitartean, grafito zuriak beroa eroa dezake baina ez elektrizitatea.
Mugikorra gehiegi berotu da; zer moduz boro nitruro pixka bat erabiltzea?
Boro nitruroak eroankortasun termiko handia, hedapen termiko koefiziente baxua eta isolamendu propietate bikainak ditu, korrosioarekiko erresistentea eta tenperatura altuak jasateko gai den bitartean. Boro nitruro hexagonalaren eroankortasun termikoa 56,94 watt metro·Celsius gradukoa da, eta boro nitruro kubikoarena, berriz, 79,54 watt metro·Celsius gradukoa, diamantearen atzetik bigarren postuan. Atzerriko ikerketa batek adierazten du geruza bakarreko boro nitruro hexagonalaren eroankortasun termikoa 751 watt metro·Celsius gradura irits daitekeela giro-tenperaturan, eta horrek hautagai itxaropentsua bihurtzen du hurrengo belaunaldiko gailu elektroniko malguen kudeaketa termikorako. Kudeaketa termiko eraginkorra premiazko arazoa da dentsitate handiko eta potentzia handiko produktu elektronikoentzat. Adibidez, LED teknologiaren hedapenarekin, "nekazaritza-fabrikak" sortu dira. Eguzki-argiaren falta konpentsatzeko, LED landareen hazkuntza-argiak erabiltzea eguzki-argiaren ordezko gisa irtenbide heldua bihurtu da.
Nahiz eta LED argiak izan bat altua energia bihurketa eraginkortasuna alderatuta ra beste argiztapena ekipamendua, hau teorikoa guztira elektroa-optikoa bihurketa eraginkortasuna da oraindik bakarrik 54%. Tbere means tdu LED orlantz niargiztatzaileak Barruangaixo akra hetorbidea bat lbeste hauf hjan etaenergia raskatuta. ETAbereziki Barruanoiloa tbera ttenperatura L-renED caldakak etaxceeds 140 °C-tan, tbera aklorategia hauf toinordeko lifespan bbihurtzen da bat orarazo tdu coharrak beta nibaztertua. Hai thau cona dpropioa LED lgauak, hhexagonal bkezka nitride hbezala hauhanditu batirabazi etasartuta tbera feremu hauf barruanikusmena hauf akzientzialariek. SARTUhori hhexagonal bkezka nitride batak bat fprobintziak thau mgehiago thermalki cekoduktiboa orplastikoak Barruan-rekin etabikaina etaelektrikoa niisolamendua bateta chemikoa aktaula cbat nihobetu toinordeko tbelar ceroankortasuna.
Hornitu 'suziri elektrikoa' 'zeramikazko bihotz' batekin
Txinako espazio-estazioaren 'Tianhe' nukleo-modulua jaurti eta orbitatzen hasi zenean, Hall propultsorearen 'zeramikazko bihotza' interesgune bihurtu da. 'Zeramikazko bihotz' hau grafito zurizko material konposatuz egina dago. Espazioaren bilaketan, gizateria tradizionalki propultsio kimikoan oinarritu izan da, eta horrek bultzada sortzen du propultsatzaile kimikoak errez. Espazio-ontzi bat orbitan jaurti ondoren, propultsio gehigarria behar da orbita- eta jarrera-doikuntzak egiteko, eta horrek erregai kimikoa garraiatzea edo orbitan erregaia hornitzea eskatzen du. Hala ere, erregai kimikoa garraiatzeak ez ditu jaurtiketa-kostuak handitzen bakarrik, baita neurri batean espazio-ontziaren funtzionamendu-gaitasunean ere eragiten du espazio-misioetan. Testuinguru honetan, propultsio elektrikoaren teknologia pixkanaka nabarmendu da. Txinako espazio-propultsio elektrikoaren teknologiari buruzko ikerketa 1960ko hamarkadan hasi zen, eta hamarkadetako ahalegin teknologikoen ondoren, aurrerapen ugari lortu dira. 2020ko urtarrilean, Txinako lehen 20 kW-ko Hall propultsore potentzial handikoak arrakastaz burutu zuen pizte-proba eta nazioartean maila aurreratu batera iritsi zen.
"Tianhe" nukleo-moduluan konfiguratutako lau Hall efektuko propultsoreek nukleo-moduluko eguzki-panelek sortutako energia elektrikoa erabiltzen dute espazio-estazioaren orbita eta hegaldi segurua mantentzeko energia-laguntza emateko. Hall efektuko propultsoreak plasma-propultsore mota bat dira, eremu elektriko indartsu bat erabiliz ioiak azeleratu eta kanporatzeko printzipioan funtzionatzen dutenak, jarreraren kontrola edo orbitaren doikuntzak ahalbidetuz haien erreakzio-indarraren bidez. Hall efektuko propultsoreek bultzada baxua eta bulkada espezifiko handia dute. Bulkada espezifikoa suzirien propultsatzaileen errendimendua ebaluatzen duen parametro teknikoa da; bulkada espezifiko handiago batek adierazten du, baldintza jakin batzuetan, propultsatzaileak abiadura handiagoa handitzen duela. Espazio-estazioa orbitan dagoen bitartean, mikrograbitatearen eta Lurretik gertu dagoen espazioko atmosfera mehearen efektuek orbitaren gainbehera eragiten dute ezinbestean. Hala ere, orbita mantentzeak ez du bulkada kopuru handirik behar. Propultsio elektrikoak bulkada baxua ematen badu ere, zehaztasunez kontrola daiteke, misioaren exekuzio-gaitasunak hobetuz. Bulkada espezifiko altuak espazio-ontziak eraman behar duen erregai kimiko kopurua nabarmen murrizten du, eta horrela espazio-misioen esparrua zabaltzen du.
Hall efektuko propultsoreetan, plasmaren ionizazioa eta azelerazioa deskarga-ganberaren barruan gertatu behar dira. Hall efektuko propultsoreek "bihotz" sendo bat behar dute zehaztasunez doi daitekeen bultzada sortzeko. "Bihotz" sendo hau sortzeko, ezinbestekoa da tenperatura altuko erresistentzia, kolpe termikoarekiko erresistentzia, ioien ihinztaduraren aurkako erresistentzia eta isolamendu-propietate onak betetzea deskarga-ganberaren funtzionamendu-baldintza gogorrei aurre egiteko. Txinako Zientzien Akademiako Shenyang Materialen Zientziarako Laborategi Nazionalak garatutako boro nitrurozko zeramikazko konpositeek ezin hobeto betetzen dituzte propultsore elektrikoetako deskarga-ganberako materialen eskakizun bereziak.
Diamanteak bezain gogor bihurtu
Boro nitruro kubikoa, bere leuntasunagatik ezaguna, gogortu ere egin daiteke. 1950eko hamarkadan, zientzialariek boro nitruro kubikoaren kristal bakarreko sintetizazioa egin zuten grafito zuriaren egitura aldatuz. Diamante sintetikoak asmatu ondoren sortu zen material supergogorra da, diamanteena baino gogortasun apur bat txikiagoa duena, baina tenperatura altuko erresistentzia askoz hobea duena, batez ere burdinazko elementu metalikoekin egonkortasun kimiko bikaina erakutsiz. 1970eko hamarkadan, boro nitruro kubiko polikristalinoa (PCBN) aurkeztu zen. PCBN-k gogortasun oso handia du, diamanteen atzetik bigarrena; bere tolestura-erresistentzia eta haustura-zailtasuna karburoaren eta zeramiken artean daude; bere egonkortasun termikoa diamante sintetikoena baino handiagoa da, eta horrek ebaketa-eragiketak 1300 °C-tan egitea ahalbidetzen du; 1200 eta 1300 °C arteko tenperatura altuetan, burdin-oinarritutako materialekin erreakzio kimikoekiko sentikortasun txikiagoa du. Gogortasunagatik ezaguna den boro nitruro kubikoak bi helburu nagusi ditu: artezteko tresnak fabrikatzea, hala nola artezteko gurpilak eta olio-harriak, eta ebaketa-tresnak ekoiztea, hala nola zulagailu-puntak, torneatzeko tresnak, zulagailu bihurriak eta fresatzeko ebakitzaileak. Bereziki abantailagarria da altzairu gogortua, higaduraren aurkako burdinurtua eta titaniozko aleazioak bezalako material gogorrak prozesatzean, eta oso egokia da CNC makina-erremintaren eragiketetarako.
Trebetasun bereziak erabiltzen dira bereziki, eta boro nitruroaren aukerak itxaropentsuak dira.
Silizioan oinarritutako erdieroaleen industriak sakonki nabarmendu du produktu elektroniko modernoen erakargarritasuna. Hala ere, siliziozko erdieroalez egindako gailu elektronikoek zailtasunak dituzte muturreko baldintzek, hala nola tenperatura altuek, dakartzaten erronkei aurre egiteko. Testuinguru honetan, grafito zuriaren propietateek —bere banda-tarte zabala, eroankortasun termiko handia, erresistentzia handia eta mugikortasun handia barne— zientzialarien arreta erakarri dute. Bereziki, grafito zuriaren deribatua, boro nitruro kubikoa, hirugarren belaunaldiko erdieroale material bihurtzea espero da. Ikerketa-erakundeek tenperatura altuko erdieroale PN lotura-gailuak garatu dituzte boro nitruro materialak erabiliz, eta horiek 650 °C-ko tenperaturetan normal funtziona dezakete. Horrek muturreko baldintzei aurre egin diezaieketen gailu elektronikoak fabrikatzeko ikuspegia zabaltzen du, erdieroaleen industriari itxaropen berria emanez.
Boro nitruro materialak erabiliz muturreko baldintzak, hala nola tenperatura altuak, maiztasun altuak, potentzia altuak eta erradiazio altuak, jasan ditzaketen gailu elektronikoak prestatzeak egoera zehatzetan aplikazio-erronka asko konpontzeko ahalmena du. Azken urteotan, boro nitrurozko film meheen fabrikazioa ikerketa-gune bihurtu da erdieroaleen materialetan. Boro nitrurozko filmen gogortasun eta erresistentzia termiko handiari esker, ultramoretik infragorri urrunera arteko espektro osoan duten transmitantzia handiari esker, egokiak dira potentzia handiko laser eta detektagailuetan leiho-material gisa erabiltzeko. Boro nitruro nanotuboen sintesiak aukera gehiago sortzen ditu boro nitruro materialen aplikazio aurreratuetarako. Jakinarazi denez, boro nitruro nanotuboek bero-isolamendua, oxidazio-erresistentzia eta elastikotasun eta gogortasun handia dute, eta horrek aplikazio itxaropentsuak erakusten ditu hegazkingintzan eta aeroespazialean bezalako industria berezietan. Ikerketa-erakundeek boro nitruro nanotuboak litio-sufre baterietan erabiltzeko asmoa dute, haien errendimendua hobetzeko eta merkaturatzea errazteko.