莱斯实验室的氮化硼复合材料可用于先进技术应用

正如碳构成 2 号铅笔的脆芯和切削工具中比钢更硬的金刚石一样，氮化硼也会产生软或硬的化合物。然而，与碳不同，人们对氮化硼的形态及其对温度和压力变化的响应知之甚少。

莱斯大学的科学家将六方氮化硼 (一种也称为“白石墨”的软品种)与立方氮化硼(一种硬度仅次于金刚石的材料)混合，发现所得纳米复合材料以意想不到 的方式与光和热相互作用，这可能是有用的下一代微芯片、量子器件和其他先进技术应用。

研究科学家阿比吉特·比斯瓦斯 (Abhijit Biswas)表示：“六方氮化硼广泛用于各种产品，例如涂料、润滑剂和化妆品。”他是《纳米快报》 上发表的一项研究的主要作者。“它非常柔软，是一种很好的润滑剂，而且非常轻。它也很便宜，并且在室温和大气压下非常稳定。

“立方氮化硼也是一种非常有趣的材料，其特性使其在电子领域的应用非常有前景。与六方氮化硼不同，它非常坚硬——实际上它的硬度接近金刚石。”

这两种看似相反的材料的复合材料在不同功能上都优于其母体材料。

比斯瓦斯说：“我们发现这种复合材料导热率低，这意味着它可以用作电子设备中的隔热材料。” “混合材料的热性能和光学性能与两种氮化硼品种的平均性能有很大不同。”

该研究的通讯作者之一朱瀚宇表示，他预计“对于这种类型的无序材料，我们测量的称为二次谐波产生的光学特性 将会很小。

“但事实证明，加热后它相当大，比单个材料和未经处理的混合物都大一个数量级，”威廉·马什·赖斯主席兼材料科学和纳米工程助理教授朱说。

他说， 复合材料中的硼 和氮原子表现出更大的规律性，并形成更大的晶粒，其中晶粒表示晶格中连贯排列的一组原子的大小。

“我们惊讶地发现，在这种材料中，立方氮化硼颗粒在未混合的起始化合物中的小颗粒中生长而不是减少，”他说。

理论预测和实验结果产生了关于两种氮化硼品种中哪一种更稳定的相互矛盾的说法：

“一些理论家说，在环境条件下，立方氮化硼更稳定，”比斯瓦斯说。“通过实验，人们发现六方氮化硼非常稳定。因此，如果你问某人哪种氮化硼相最稳定，他们可能会说六方氮化硼。我们在实验中看到的情况与人们在理论上所说的相反，而且仍然有争议。”

当这种复合材料经过一种称为放电等离子烧结的快速高温技术时，它转变为六方氮化硼。比斯瓦斯表示，这证实了理论预测，并有助于更全面地描绘“哪些氮化硼品种在什么条件下出现”。

此外，该处理后获得的六方氮化硼的质量比最初用于混合物的六方氮化硼的质量更高。

“我们接下来要研究的是放电等离子烧结技术是否能够单独提高六方氮化硼的质量，或者是否需要复合材料来达到这种效果，”比斯瓦斯说。

Pulickel表示：“这项研究的迷人之处在于，它为定制具有适量六方和立方结构的氮化硼材料提供了可能性，从而使这种材料具有广泛的定制机械、热、电和光学性能。”阿贾扬(Ajayan)，该研究的通讯作者，莱斯大学材料科学和纳米工程系主任。Ajayan 是本杰明·M. 和玛丽·格林伍德·安德森工程教授，也是材料科学和纳米工程、化学以及化学和生物分子工程教授。