Nitruro de boro multifuncional
Nitruro de boroé un cristal composto por átomos de nitróxeno e boro. Ademais do coñecido nitruro de boro hexagonal (grafito branco), tamén existen variantes de nitruro de boro cúbico (CBN), nitruro de boro romboédrico (RBN) e nitruro de boro wurtzita (WBN), e os científicos incluso descubriron cristais de nitruro de boro bidimensionais con propiedades similares ás do grafeno. Diferentes variantes de nitruro de boro presentan distintas características e aplicacións. Tomando como exemplo o grafito branco hexagonal, a estrutura de rede hexagonal formada polos átomos de nitróxeno e boro é notablemente similar á estrutura de rede hexagonal dos átomos de carbono do grafito, polo que posúe propiedades similares en certos aspectos, como a resistencia á calor, Resistencia ao desgastee lubricidade. Non obstante, o grafito branco tamén ten algunhas propiedades únicas; por exemplo, mentres que o grafito pode conducir tanto a calor como a electricidade, o grafito branco pode conducir a calor pero non a electricidade.
O teléfono móbil sobrequentouse; que tal se lle poñemos nitruro de boro?
O nitruro de boro presenta unha forte condutividade térmica, un baixo coeficiente de expansión térmica e excelentes propiedades de illamento, ao mesmo tempo que é resistente á corrosión e capaz de soportar altas temperaturas. A condutividade térmica do nitruro de boro hexagonal é de 56,94 vatios por metro·grao Celsius, mentres que a do nitruro de boro cúbico é de 79,54 vatios por metro·grao Celsius, só por detrás do diamante. Un estudo estranxeiro indica que a condutividade térmica do nitruro de boro hexagonal monocapa pode alcanzar ata 751 vatios por metro·grao Celsius a temperatura ambiente, o que o converte nun candidato prometedor para a xestión térmica de dispositivos electrónicos flexibles de próxima xeración. A xestión térmica eficaz é un problema urxente para os produtos electrónicos de alta densidade e alta potencia. Por exemplo, coa popularización da tecnoloxía LED, xurdiron "fábricas agrícolas". Para compensar a falta de luz solar, o uso de luces LED para o crecemento das plantas como substituto da luz solar converteuse nunha solución madura.
Aínda que LED luces ter unha alto enerxía conversión eficiencia comparado a outro iluminación equipamento, o/a/os/as teórico total electro-óptico conversión eficiencia é aínda só 54%. Tseu means tten LED plant euiluminadores Enenfermo sa havenida unha loutro o/a/os/asf hcomer eenerxía rliberado. Eespecialmente Engaliña tel ttemperatura de L.ED ccadeiras exceeds 140 °C, tel shorticultura o/a/os/asf therdeiro lifespan btórnase unha pproblema tten cnotas be euignorado. Hai to/a/os/as cbo dpropio LED lnoites, hhexagonal ba preocupación nitrido hcomo o/a/os/asaumento unhaganancia eintroducido tel fcampo o/a/os/asf envisión o/a/os/asf scientíficos. ENiso hhexagonal ba preocupación nitrido unhas unha fprovincias to/a/os/as mmáis thermais ccondutivo pplásticos Encon eexcelente eeléctrico euillamento unhand cquímico stáboa cun/unha eumellorar therdeiro therbal ccondutividade.
Equipa o "foguete eléctrico" cun "corazón de cerámica"
Co lanzamento e a posta en órbita do módulo central "Tianhe" da estación espacial chinesa, o "corazón cerámico" do propulsor Hall converteuse nun punto focal de interese. Este "corazón cerámico" está feito de material composto de grafito branco. Na procura do espazo, a humanidade tradicionalmente dependeu da propulsión química, que xera empuxe queimando propelentes químicos. Despois de que unha nave espacial sexa lanzada á órbita, necesítase propulsión adicional para soportar os axustes orbitais e de actitude, o que fai necesario transportar combustible químico ou reabastecerse de combustible en órbita. Non obstante, transportar combustible químico non só aumenta os custos de lanzamento, senón que tamén afecta, ata certo punto, á capacidade operativa da nave espacial nas misións espaciais. Neste contexto, a tecnoloxía de propulsión eléctrica pasou gradualmente a ser o centro de atención. A investigación chinesa sobre a tecnoloxía de propulsión eléctrica espacial comezou na década de 1960 e, tras décadas de esforzos tecnolóxicos, conseguíronse múltiples avances. En xaneiro de 2020, o primeiro propulsor Hall de alta potencia de 20 kW de China completou con éxito a súa proba de ignición e alcanzou un nivel avanzado a nivel internacional.
Os catro propulsores de efecto Hall configurados no módulo central "Tianhe" utilizan a enerxía eléctrica xerada polos paneis solares do módulo central para proporcionar soporte de enerxía para manter a órbita e o voo seguro da estación espacial. Os propulsores de efecto Hall son un tipo de propulsor de plasma que funciona segundo o principio de usar un forte campo eléctrico para acelerar ións e expulsalos, o que permite o control da actitude ou os axustes orbitais a través da súa forza de reacción. Os propulsores de efecto Hall presentan un baixo pulo e un alto impulso específico. O impulso específico é un parámetro técnico que avalía o rendemento dos propelentes de foguete; un impulso específico máis alto indica que, baixo certas condicións, o propelente crea un maior aumento da velocidade. Mentres a estación espacial está en órbita, os efectos da microgravidade e a tenue atmosfera no espazo próximo á Terra inevitablemente levan ao decaemento orbital. Non obstante, manter a órbita non require unha gran cantidade de pulo. Aínda que a propulsión eléctrica proporciona un baixo pulo, pódese controlar con precisión, o que mellora as capacidades de execución da misión. O alto impulso específico reduce significativamente a cantidade de combustible químico que debe transportar a nave espacial, ampliando así o alcance das misións espaciais.
Nos propulsores de efecto Hall, a ionización e a aceleración do plasma deben producirse dentro da cámara de descarga. Os propulsores de efecto Hall requiren un "corazón" forte para xerar un pulo axustable con precisión. Para crear este "corazón" robusto, é esencial cumprir as condicións de resistencia a altas temperaturas, resistencia ao choque térmico, resistencia á pulverización catódica de ións e boas propiedades de illamento para soportar as duras condicións de funcionamento da cámara de descarga. Os materiais compostos cerámicos a base de nitruro de boro desenvolvidos polo Laboratorio Nacional de Ciencia de Materiais de Shenyang da Academia Chinesa de Ciencias cumpren perfectamente os requisitos especiais dos materiais de cámara de descarga nos propulsores eléctricos.
Tornarse duro coma os diamantes
O nitruro de boro cúbico, coñecido pola súa suavidade, tamén se pode endurecer. Na década de 1950, os científicos sintetizaron monocristais de nitruro de boro cúbico alterando a estrutura do grafito branco. É un material superduro que xurdiu despois da invención dos diamantes sintéticos, que presenta unha dureza lixeiramente inferior á dos diamantes, pero cunha resistencia a altas temperaturas moi superior, demostrando especialmente unha excelente estabilidade química con elementos metálicos a base de ferro. Na década de 1970, introduciuse o nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN). O PCBN ten unha dureza moi alta, só superada polos diamantes; a súa resistencia á flexión e a súa tenacidade á fractura sitúanse entre as do carburo e a cerámica; a súa estabilidade térmica supera a dos diamantes sintéticos, o que permite realizar operacións de corte a 1300 °C; a altas temperaturas que oscilan entre os 1200 e os 1300 °C, é menos susceptible a reaccións químicas con materiais a base de ferro. O nitruro de boro cúbico, coñecido pola súa dureza, serve para dous fins principais: a fabricación de ferramentas de rectificado como as rebarbas e as pedras de aceite, e a produción de ferramentas de corte como brocas, ferramentas de torneado, brocas helicoidais e fresas. É particularmente vantaxoso ao procesar materiais duros como aceiro endurecido, ferro fundido resistente ao desgaste e aliaxes de titanio, e é excepcionalmente axeitado para operacións con máquinas-ferramenta CNC.
Empréganse habilidades especiais en particular, e as perspectivas para o nitruro de boro son prometedoras
A industria dos semicondutores baseada no silicio puxo de manifesto o atractivo dos produtos electrónicos modernos. Non obstante, os dispositivos electrónicos fabricados con semicondutores de silicio teñen dificultades para afrontar os desafíos que supoñen as condicións extremas, como as altas temperaturas. Neste contexto, as propiedades do grafito branco, incluíndo a súa ampla banda prohibida, alta condutividade térmica, alta resistividade e alta mobilidade, chamaron a atención dos científicos. En particular, espérase que o produto derivado do grafito branco, o nitruro de boro cúbico, se converta nun material semicondutor de terceira xeración. As institucións de investigación desenvolveron dispositivos de unión PN semicondutores de alta temperatura utilizando materiais de nitruro de boro, que poden funcionar normalmente a temperaturas de ata 650 °C. Isto amplía a perspectiva para a fabricación de dispositivos electrónicos que poden soportar condicións extremas, traendo novas esperanzas á industria dos semicondutores.
A preparación de dispositivos electrónicos que poidan soportar condicións extremas como altas temperaturas, alta frecuencia, alta potencia e alta radiación utilizando materiais de nitruro de boro ten o potencial de resolver moitos desafíos de aplicación en escenarios específicos. Nos últimos anos, a fabricación de películas delgadas de nitruro de boro converteuse nun tema candente de investigación en materiais semicondutores. Debido á alta dureza e resistencia térmica das películas de nitruro de boro, xunto coa súa alta transmitancia en todo o espectro, desde o ultravioleta ata o infravermello afastado, son axeitadas para o seu uso como materiais de fiestras en láseres e detectores de alta potencia. A síntese de nanotubos de nitruro de boro crea aínda máis oportunidades para aplicacións avanzadas de materiais de nitruro de boro. Informouse de que os nanotubos de nitruro de boro posúen illamento térmico, resistencia á oxidación e forte elasticidade e tenacidade, o que resulta prometedor para aplicacións en industrias especiais como a aviación e a aeroespacial. As institucións de investigación planean aplicar nanotubos de nitruro de boro en baterías de litio-xofre para mellorar o seu rendemento e facilitar a comercialización.