โบรอนไนไตรด์อเนกประสงค์

  โบรอนไนไตรด์โบรอนไนไตรด์เป็นผลึกที่ประกอบด้วยอะตอมของไนโตรเจนและโบรอน นอกจากโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมที่รู้จักกันทั่วไป (กราไฟต์ขาว) แล้ว ยังมีโบรอนไนไตรด์แบบลูกบาศก์ (CBN) โบรอนไนไตรด์แบบรอมโบเฮดรัล (RBN) และโบรอนไนไตรด์แบบเวิร์ตไซต์ (WBN) และนักวิทยาศาสตร์ยังค้นพบผลึกโบรอนไนไตรด์สองมิติที่มีคุณสมบัติคล้ายกับกราฟีนอีกด้วย โบรอนไนไตรด์แต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะและการใช้งานที่แตกต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น กราไฟต์ขาวหกเหลี่ยม โครงสร้างแลตติซหกเหลี่ยมที่เกิดจากอะตอมของไนโตรเจนและโบรอนนั้นคล้ายคลึงกับโครงสร้างแลตติซหกเหลี่ยมของอะตอมคาร์บอนในกราไฟต์อย่างมาก จึงมีคุณสมบัติที่คล้ายคลึงกันในบางด้าน เช่น ความทนทานต่อความร้อน ความทนทานต่อการสึกหรอและคุณสมบัติในการหล่อลื่น อย่างไรก็ตาม กราไฟต์สีขาวยังมีคุณสมบัติเฉพาะตัวบางประการ เช่น ในขณะที่กราไฟต์ทั่วไปสามารถนำทั้งความร้อนและไฟฟ้าได้ แต่กราไฟต์สีขาวสามารถนำความร้อนได้แต่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้

โทรศัพท์มือถือร้อนเกินไป ลองใช้โบรอนไนไตรด์ดูไหม?

  โบรอนไนไตรด์มีคุณสมบัติเด่นหลายประการ ได้แก่ การนำความร้อนสูง สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ และคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยม อีกทั้งยังทนต่อการกัดกร่อนและทนต่ออุณหภูมิสูงได้ การนำความร้อนของโบรอนไนไตรด์แบบหกเหลี่ยมอยู่ที่ 56.94 วัตต์ต่อเมตร·องศาเซลเซียส ในขณะที่โบรอนไนไตรด์แบบลูกบาศก์อยู่ที่ 79.54 วัตต์ต่อเมตร·องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นรองเพียงเพชรเท่านั้น งานวิจัยจากต่างประเทศระบุว่า การนำความร้อนของโบรอนไนไตรด์แบบหกเหลี่ยมชั้นเดียวสามารถสูงถึง 751 วัตต์ต่อเมตร·องศาเซลเซียสที่อุณหภูมิห้อง ทำให้เป็นวัสดุที่มีศักยภาพสูงสำหรับการจัดการความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่นรุ่นใหม่ การจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพเป็นประเด็นเร่งด่วนสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความหนาแน่นสูงและกำลังสูง ตัวอย่างเช่น ด้วยการแพร่หลายของเทคโนโลยี LED ทำให้เกิด 'โรงงานเกษตร' ขึ้น เพื่อชดเชยการขาดแสงแดด การใช้ไฟ LED สำหรับปลูกพืชทดแทนแสงแดดจึงกลายเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ได้ผลดี

แม้ว่า นำ ไฟ มี เอ สูง พลังงาน การแปลง ประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบ ถึง อื่น แสงสว่าง อุปกรณ์, ที่ เชิงทฤษฎี ทั้งหมด อิเล็กโทร-ออปติคอล การแปลง ประสิทธิภาพ เป็น นิ่ง เท่านั้น 54%. ทีของเขา มeans ทีมี แอลอีดี พีแลนท์ ฉันผู้ให้แสงสว่าง ในป่วย สถึง ชม.อเวนิว เอ ลโอท ที่เอฟ ชม.กิน และพลังงาน รปล่อยตัวแล้ว และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในไก่ ทีเขา ทีจักรพรรดิ ของ Lอีดี คสะโพก และเกินกว่า 140°C ทีเขา สการทำสวน ที่เอฟ ทีทายาท ลช่วงชีวิต ขเศรษฐกิจ เอ พีปัญหา ทีมี คหมายเหตุ ขและ ฉันไม่สนใจ ชมโอ๊ย ทีที่ คดี งเป็นเจ้าของ แอลอีดี ลแสงสว่าง ชม.เอกโซกอน ขความกังวล nขี่ ชม.เช่น ที่เพิ่มขึ้น เอได้รับ และป้อน ทีเขา เอฟสนาม ที่เอฟ ในไอออน ที่เอฟ สนักวิทยาศาสตร์ ในที่ ชม.เอกโซกอน ขความกังวล nขี่ เอส เอ เอฟจังหวัด ทีที่ มมากกว่า ทีเฮอร์มาลี คการนำไฟฟ้า พียาง ในด้วย และยอดเยี่ยม และไฟฟ้า ฉันฉนวน เอและ คเคมี สความเสถียร คหนึ่ง ฉันปรับปรุง ทีทายาท ทีเฮอร์มัล คค่าการนำไฟฟ้า

ติดตั้ง 'หัวใจเซรามิก' ให้กับ 'จรวดไฟฟ้า'

  ด้วยการปล่อยและโคจรโมดูลหลักของสถานีอวกาศ 'เทียนเหอ' ของจีน 'หัวใจเซรามิก' ของเครื่องยนต์ขับดันฮอลล์จึงกลายเป็นจุดสนใจหลัก 'หัวใจเซรามิก' นี้ทำจากวัสดุคอมโพสิตกราไฟต์สีขาว ในการแสวงหาอวกาศ มนุษยชาติพึ่งพาการขับเคลื่อนด้วยสารเคมีมาโดยตลอด ซึ่งสร้างแรงขับดันโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงเคมี หลังจากยานอวกาศถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรแล้ว จำเป็นต้องมีการขับเคลื่อนเพิ่มเติมเพื่อรองรับการปรับวงโคจรและทิศทาง ซึ่งจำเป็นต้องบรรทุกเชื้อเพลิงเคมีหรือเติมเชื้อเพลิงในวงโคจร อย่างไรก็ตาม การบรรทุกเชื้อเพลิงเคมีไม่เพียงแต่เพิ่มต้นทุนการปล่อยเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบต่อความสามารถในการปฏิบัติงานของยานอวกาศในภารกิจอวกาศด้วย ในบริบทนี้ เทคโนโลยีการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าจึงค่อยๆ ก้าวเข้ามามีบทบาทสำคัญ การวิจัยเทคโนโลยีการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าในอวกาศของจีนเริ่มต้นขึ้นในทศวรรษ 1960 และหลังจากความพยายามทางเทคโนโลยีมาหลายทศวรรษ ก็ได้มีการพัฒนาที่สำคัญหลายประการ ในเดือนมกราคม 2020 เครื่องขับดันฮอลล์กำลังสูงขนาด 20 กิโลวัตต์เครื่องแรกของจีนประสบความสำเร็จในการทดสอบการจุดระเบิดและก้าวไปสู่ระดับที่ก้าวหน้าในระดับสากล

เครื่องยนต์ขับดันแบบฮอลล์เอฟเฟกต์ทั้งสี่ตัวที่ติดตั้งอยู่ในโมดูลหลัก "เทียนเหอ" ใช้พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์ของโมดูลหลักเพื่อจ่ายพลังงานสนับสนุนสำหรับการรักษาวงโคจรและการบินที่ปลอดภัยของสถานีอวกาศ เครื่องยนต์ขับดันแบบฮอลล์เอฟเฟกต์เป็นเครื่องยนต์ขับดันพลาสมาชนิดหนึ่งที่ทำงานโดยใช้หลักการใช้สนามไฟฟ้าแรงสูงเพื่อเร่งไอออนและขับไล่พวกมันออกไป ทำให้สามารถควบคุมทิศทางหรือปรับวงโคจรได้ผ่านแรงปฏิกิริยา เครื่องยนต์ขับดันแบบฮอลล์เอฟเฟกต์มีแรงขับต่ำและแรงดลจำเพาะสูง แรงดลจำเพาะเป็นพารามิเตอร์ทางเทคนิคที่ประเมินประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงจรวด แรงดลจำเพาะที่สูงขึ้นบ่งชี้ว่า ภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง เชื้อเพลิงจะสร้างความเร็วที่เพิ่มขึ้นได้มากขึ้น ในขณะที่สถานีอวกาศอยู่ในวงโคจร ผลกระทบของสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงและชั้นบรรยากาศที่เบาบางในอวกาศใกล้โลกย่อมนำไปสู่การลดลงของวงโคจร อย่างไรก็ตาม การรักษาวงโคจรไม่จำเป็นต้องใช้แรงขับจำนวนมาก แม้ว่าการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าจะให้แรงขับต่ำ แต่ก็สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ ซึ่งช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการปฏิบัติภารกิจ แรงขับจำเพาะสูงช่วยลดปริมาณเชื้อเพลิงเคมีที่ยานอวกาศต้องบรรทุกได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยขยายขอบเขตของภารกิจในอวกาศได้

ในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนแบบฮอลล์เอฟเฟกต์ การแตกตัวเป็นไอออนและการเร่งความเร็วของพลาสมาต้องเกิดขึ้นภายในห้องปล่อยประจุ เครื่องยนต์ขับเคลื่อนแบบฮอลล์เอฟเฟกต์ต้องการ "หัวใจ" ที่แข็งแรงเพื่อสร้างแรงขับที่ปรับได้แม่นยำ ในการสร้าง "หัวใจ" ที่แข็งแกร่งนี้ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องมีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ทนต่อการกระเด็นของไอออน และมีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดี เพื่อให้ทนต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรงของห้องปล่อยประจุ วัสดุคอมโพสิตเซรามิกไนไตรด์โบรอนที่พัฒนาโดยห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์วัสดุแห่งชาติเสิ่นหยาง สังกัดสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน ตรงตามข้อกำหนดพิเศษสำหรับวัสดุห้องปล่อยประจุในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์แบบ

แข็งแกร่งดุจเพชร

  โบรอนไนไตรด์ลูกบาศก์ ซึ่งขึ้นชื่อเรื่องความเรียบเนียน ยังสามารถทำให้แข็งขึ้นได้อีกด้วย ในช่วงทศวรรษ 1950 นักวิทยาศาสตร์ได้สังเคราะห์ผลึกเดี่ยวของโบรอนไนไตรด์ลูกบาศก์โดยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของกราไฟต์สีขาว มันเป็นวัสดุที่แข็งมากซึ่งเกิดขึ้นหลังจากการประดิษฐ์เพชรสังเคราะห์ โดยมีความแข็งต่ำกว่าเพชรเล็กน้อย แต่มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงที่เหนือกว่ามาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งแสดงให้เห็นถึงเสถียรภาพทางเคมีที่ดีเยี่ยมกับธาตุโลหะที่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบ ในช่วงทศวรรษ 1970 ได้มีการนำโบรอนไนไตรด์ลูกบาศก์แบบผลึกหลายเหลี่ยม (PCBN) มาใช้ PCBN มีความแข็งสูงมาก รองจากเพชรเท่านั้น ความแข็งแรงในการดัดงอและความเหนียวในการแตกหักอยู่ระหว่างคาร์ไบด์และเซรามิก เสถียรภาพทางความร้อนของมันเหนือกว่าเพชรสังเคราะห์ ทำให้สามารถทำการตัดที่อุณหภูมิ 1300°C ได้ ที่อุณหภูมิสูงตั้งแต่ 1200 ถึง 1300 องศาเซลเซียส จะเกิดปฏิกิริยาเคมีกับวัสดุที่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบได้น้อยกว่า โบรอนไนไตรด์ทรงลูกบาศก์ซึ่งขึ้นชื่อเรื่องความแข็ง มีการใช้งานหลักสองประการ ได้แก่ การผลิตเครื่องมือเจียร เช่น ล้อเจียรและหินเจียร และการผลิตเครื่องมือตัด เช่น ดอกสว่าน เครื่องกลึง ดอกสว่านเกลียว และดอกกัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์อย่างมากในการแปรรูปวัสดุแข็ง เช่น เหล็กชุบแข็ง เหล็กหล่อทนการสึกหรอ และโลหะผสมไทเทเนียม และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานกับเครื่องมือกล CNC

ทักษะเฉพาะทางถูกนำมาใช้เป็นพิเศษ และแนวโน้มของโบรอนไนไตรด์นั้นสดใส

  อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนเป็นพื้นฐานได้เน้นย้ำถึงความน่าสนใจของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่เป็นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนยังคงประสบปัญหาในการรับมือกับความท้าทายที่เกิดจากสภาวะสุดขั้ว เช่น อุณหภูมิสูง ในบริบทนี้ คุณสมบัติของกราไฟต์สีขาว ซึ่งรวมถึงแบนด์แกปที่กว้าง การนำความร้อนสูง ความต้านทานสูง และความคล่องตัวสูง ได้ดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลิตภัณฑ์อนุพันธ์ของกราไฟต์สีขาวอย่างคิวบิกโบรอนไนไตรด์ คาดว่าจะกลายเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม สถาบันวิจัยได้พัฒนาอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ PN จังก์ชันอุณหภูมิสูงโดยใช้วัสดุโบรอนไนไตรด์ ซึ่งสามารถทำงานได้ตามปกติที่อุณหภูมิสูงถึง 650°C สิ่งนี้ขยายมุมมองสำหรับการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถทนต่อสภาวะสุดขั้วได้ และนำความหวังใหม่มาสู่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์

การเตรียมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถทนต่อสภาวะสุดขั้ว เช่น อุณหภูมิสูง ความถี่สูง กำลังสูง และรังสีสูง โดยใช้วัสดุโบรอนไนไตรด์ มีศักยภาพในการแก้ปัญหาความท้าทายในการใช้งานในสถานการณ์เฉพาะต่างๆ มากมาย ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การผลิตฟิล์มบางโบรอนไนไตรด์ได้กลายเป็นประเด็นวิจัยที่ได้รับความสนใจอย่างมากในด้านวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เนื่องจากความแข็งและความต้านทานความร้อนสูงของฟิล์มโบรอนไนไตรด์ ประกอบกับการส่งผ่านแสงสูงตลอดช่วงสเปกตรัมตั้งแต่รังสีอัลตราไวโอเลตถึงอินฟราเรดไกล ทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุหน้าต่างในเลเซอร์และตัวตรวจจับกำลังสูง การสังเคราะห์นาโนทิวบ์โบรอนไนไตรด์ยังสร้างโอกาสสำหรับการใช้งานขั้นสูงของวัสดุโบรอนไนไตรด์อีกด้วย มีรายงานว่านาโนทิวบ์โบรอนไนไตรด์มีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อน ทนต่อการออกซิเดชัน มีความยืดหยุ่นและความเหนียวสูง แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้งานในอุตสาหกรรมพิเศษ เช่น การบินและอวกาศ สถาบันวิจัยวางแผนที่จะนำนาโนทิวบ์โบรอนไนไตรด์ไปใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมซัลเฟอร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและอำนวยความสะดวกในการจำหน่ายเชิงพาณิชย์