Nitrure de bore multifonctionnel
nitrure de boreLe nitrure de bore est un cristal composé d'atomes d'azote et de bore. Outre le nitrure de bore hexagonal (graphite blanc), plus connu, il existe également des variantes telles que le nitrure de bore cubique (CBN), le nitrure de bore rhomboédrique (RBN) et le nitrure de bore wurtzite (WBN). Des scientifiques ont même découvert des cristaux de nitrure de bore bidimensionnels aux propriétés similaires à celles du graphène. Les différentes variantes de nitrure de bore présentent des caractéristiques et des applications distinctes. Prenons l'exemple du graphite blanc hexagonal : la structure cristalline hexagonale formée par les atomes d'azote et de bore est remarquablement similaire à celle du graphite, constituée d'atomes de carbone. De ce fait, le graphite blanc possède des propriétés similaires, notamment en termes de résistance à la chaleur. Résistance à l'usureet de lubrification. Cependant, le graphite blanc possède également des propriétés uniques ; par exemple, alors que le graphite peut conduire à la fois la chaleur et l’électricité, le graphite blanc ne conduit que la chaleur.
Le téléphone portable a surchauffé ; pourquoi ne pas utiliser du nitrure de bore ?
Le nitrure de bore présente une conductivité thermique élevée, un faible coefficient de dilatation thermique et d'excellentes propriétés d'isolation, tout en étant résistant à la corrosion et capable de supporter des températures élevées. La conductivité thermique du nitrure de bore hexagonal est de 56,94 W/m·°C, tandis que celle du nitrure de bore cubique atteint 79,54 W/m·°C, juste après le diamant. Une étude étrangère indique que la conductivité thermique d'une monocouche de nitrure de bore hexagonal peut atteindre 751 W/m·°C à température ambiante, ce qui en fait un candidat prometteur pour la gestion thermique des dispositifs électroniques flexibles de nouvelle génération. Une gestion thermique efficace est essentielle pour les produits électroniques haute densité et haute puissance. Par exemple, avec la popularisation de la technologie LED, des « usines agricoles » ont vu le jour. Pour pallier le manque de lumière solaire, l'utilisation de lampes horticoles LED en remplacement de la lumière du soleil est devenue une solution éprouvée.
Bien que DIRIGÉ lumières avoir un haut énergie conversion efficacité comparé à autre éclairage équipement, le théorique total électro-optique conversion efficacité est toujours seulement 54%. Tson means ta LED plant jeilluminateurs Dansje vais sà have un lot lef hmanger eténergie rlibéré. ETspécialement Danspoule til ttempérature de LED cles hanches etdépasse 140°C, til shorticulture lef théritier lifespan béconomies un pproblème ta cnotes bet jeignoré. How tle cbien dpropre LED llumières, hhexagonal bl'inquiétude nitride hcomme leaugmenter ungagner etentré til fchamp lef dansision lef sscientifiques. DANSque hhexagonal bl'inquiétude nitride uns un fprovinces tle mplus thermaphrodite conductive pélastiques Dansavec etexcellent etlectrical jeisolation unet cchimique sstabilité cun jeaméliorer théritier thermal conductivité.
Équipez la « fusée électrique » d'un « cœur en céramique ».
Avec le lancement et la mise en orbite du module central de la station spatiale chinoise « Tianhe », le « cœur en céramique » du propulseur à effet Hall est devenu un point d'intérêt majeur. Ce « cœur en céramique » est fabriqué à partir d'un matériau composite de graphite blanc. Dans la conquête spatiale, l'humanité s'est traditionnellement appuyée sur la propulsion chimique, qui génère une poussée par la combustion de propergols chimiques. Une fois le vaisseau spatial en orbite, une propulsion supplémentaire est nécessaire pour les ajustements d'orbite et d'attitude, ce qui implique l'emport de carburant chimique ou le ravitaillement en orbite. Cependant, l'emport de carburant chimique augmente non seulement les coûts de lancement, mais affecte également, dans une certaine mesure, les capacités opérationnelles du vaisseau lors des missions spatiales. Dans ce contexte, la technologie de propulsion électrique a progressivement pris de l'importance. Les recherches chinoises sur la propulsion électrique spatiale ont débuté dans les années 1960 et, après des décennies d'efforts technologiques, de nombreuses avancées ont été réalisées. En janvier 2020, le premier propulseur à effet Hall de haute puissance de 20 kW de Chine a réussi son test d'allumage et atteint un niveau de pointe international.
Les quatre propulseurs à effet Hall du module central « Tianhe » utilisent l'énergie électrique produite par les panneaux solaires de ce module pour assurer l'alimentation électrique nécessaire au maintien de l'orbite et à la sécurité du vol de la station spatiale. Ces propulseurs à effet Hall sont un type de propulseur à plasma fonctionnant grâce à un champ électrique intense qui accélère et éjecte des ions, permettant ainsi le contrôle d'attitude ou des corrections orbitales par leur force de réaction. Ils se caractérisent par une faible poussée et une impulsion spécifique élevée. L'impulsion spécifique est un paramètre technique qui évalue la performance des propergols ; plus elle est élevée, plus le propergol génère, dans certaines conditions, une augmentation de vitesse importante. En orbite, les effets de la microgravité et de la faible densité de l'atmosphère proche de la Terre entraînent inévitablement une dégradation orbitale. Or, le maintien de l'orbite ne requiert pas une poussée importante. Bien que la propulsion électrique fournisse une faible poussée, celle-ci peut être contrôlée avec précision, optimisant ainsi les capacités d'exécution des missions. Une impulsion spécifique élevée réduit considérablement la quantité de carburant chimique embarquée, élargissant ainsi le champ des missions spatiales.
Dans les propulseurs à effet Hall, l'ionisation et l'accélération du plasma doivent se produire au sein de la chambre de décharge. Ces propulseurs nécessitent un système robuste pour générer une poussée précisément réglable. La conception de ce système exige une résistance aux hautes températures, aux chocs thermiques et à la pulvérisation ionique, ainsi que de bonnes propriétés d'isolation, afin de supporter les conditions de fonctionnement extrêmes de la chambre de décharge. Les composites à base de céramique de nitrure de bore, développés par le Laboratoire national de Shenyang pour la science des matériaux de l'Académie chinoise des sciences, répondent parfaitement aux exigences spécifiques des matériaux de chambre de décharge des propulseurs électriques.
Devenir aussi dur que des diamants
Le nitrure de bore cubique, réputé pour sa surface lisse, peut également être durci. Dans les années 1950, des scientifiques ont synthétisé des monocristaux de nitrure de bore cubique en modifiant la structure du graphite blanc. Ce matériau ultradur, apparu après l'invention du diamant synthétique, présente une dureté légèrement inférieure à celle du diamant, mais une résistance aux hautes températures bien supérieure, notamment une excellente stabilité chimique avec les éléments métalliques à base de fer. Dans les années 1970, le nitrure de bore cubique polycristallin (PCBN) a été introduit. Le PCBN possède une dureté très élevée, juste après celle du diamant ; sa résistance à la flexion et sa ténacité se situent entre celles du carbure et de la céramique ; sa stabilité thermique surpasse celle du diamant synthétique, permettant des opérations de coupe à 1 300 °C. À des températures élevées comprises entre 1200 et 1300 °C, le nitrure de bore cubique est moins sensible aux réactions chimiques avec les matériaux à base de fer. Reconnu pour sa dureté, il est principalement utilisé pour la fabrication d'outils de rectification tels que les meules et les pierres à huile, ainsi que pour la production d'outils de coupe comme les forets, les outils de tournage, les forets hélicoïdaux et les fraises. Il est particulièrement avantageux pour l'usinage de matériaux durs tels que l'acier trempé, la fonte résistante à l'usure et les alliages de titane, et convient parfaitement aux opérations sur machines-outils à commande numérique (CNC).
Des compétences particulières sont particulièrement mises à profit, et les perspectives pour le nitrure de bore sont prometteuses.
L'industrie des semi-conducteurs à base de silicium a considérablement mis en lumière l'attrait des produits électroniques modernes. Cependant, les dispositifs électroniques fabriqués à partir de semi-conducteurs en silicium peinent à relever les défis posés par les conditions extrêmes, telles que les hautes températures. Dans ce contexte, les propriétés du graphite blanc – notamment sa large bande interdite, sa conductivité thermique élevée, sa résistivité élevée et sa mobilité élevée – ont suscité l'intérêt des scientifiques. En particulier, le nitrure de bore cubique, dérivé du graphite blanc, est pressenti pour devenir un matériau semi-conducteur de troisième génération. Des instituts de recherche ont développé des dispositifs à jonction PN semi-conducteurs haute température utilisant des matériaux en nitrure de bore, capables de fonctionner normalement jusqu'à 650 °C. Ceci élargit les perspectives de fabrication de dispositifs électroniques capables de résister à des conditions extrêmes, offrant ainsi un nouvel espoir à l'industrie des semi-conducteurs.
La fabrication de dispositifs électroniques capables de résister à des conditions extrêmes (hautes températures, hautes fréquences, fortes puissances et fortes radiations) à partir de nitrure de bore offre la possibilité de relever de nombreux défis applicatifs. Ces dernières années, la production de couches minces de nitrure de bore est devenue un axe de recherche majeur dans le domaine des semi-conducteurs. Grâce à leur dureté et leur résistance thermique élevées, ainsi qu'à leur transmittance importante sur l'ensemble du spectre, de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain, ces couches sont particulièrement adaptées comme matériaux de fenêtre pour les lasers et détecteurs de haute puissance. La synthèse de nanotubes de nitrure de bore ouvre de nouvelles perspectives pour des applications avancées de ce matériau. Ces nanotubes présentent des propriétés d'isolation thermique, de résistance à l'oxydation, ainsi qu'une grande élasticité et une forte ténacité, ce qui les rend prometteurs pour des applications dans des secteurs spécifiques tels que l'aéronautique et l'aérospatiale. Les instituts de recherche envisagent d'intégrer les nanotubes de nitrure de bore aux batteries lithium-soufre afin d'en améliorer les performances et d'en faciliter la commercialisation.