Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han descubierto una nueva fase del material nitruro de boro Q-BN, que tiene aplicaciones potenciales tanto para herramientas de fabricación como para pantallas electrónicas. Los investigadores también han desarrollado una nueva técnica para crear nitruro de boro cúbico c-BN a temperatura ambiente y presión de aire, que tiene un conjunto de aplicaciones, incluido el desarrollo de tecnologías avanzadas de red eléctrica.
"Esta es una secuela de nuestro descubrimiento de Q-carbon y la conversión de Q-carbon en diamante", dice Jay Narayan, Profesor Distinguido John C. Fan, Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en NC State y autor principal de un artículo que describe elinvestigación ". Hemos evitado lo que se pensaba que eran los límites de la termodinámica del nitruro de boro con la ayuda de la cinética y el control del tiempo para crear esta nueva fase del nitruro de boro".
"También hemos desarrollado una forma más rápida y menos costosa de crear c-BN, haciendo que el material sea más viable para aplicaciones como electrónica de alta potencia, transistores y dispositivos de estado sólido", dice Narayan. "Nanoneedles y microagujas C-BN, que se puede hacer usando nuestra técnica, también tienen potencial para su uso en dispositivos biomédicos. "C-BN es una forma de nitruro de boro que tiene una estructura cristalina cúbica, análoga al diamante".
Las primeras pruebas indican que Q-BN es más duro que el diamante, y tiene una ventaja sobre el diamante cuando se trata de crear herramientas de corte. El diamante, como todo el carbono, reacciona con el hierro y los materiales ferrosos. Q-BN no.-BN tiene una estructura amorfa, y se puede usar fácilmente para recubrir herramientas de corte, evitando que reaccionen con materiales ferrosos.
"También hemos creado compuestos cristalinos de diamante / c-BN para mecanizado de alta velocidad de última generación y aplicaciones de perforación en aguas profundas", dice Narayan. "Específicamente, hemos cultivado diamante en c-BN mediante la deposición por láser pulsado decarbono a 5,000 grados Celsius sin la presencia de hidrógeno, creando compuestos epitaxiales de c-BN y diamante ".
El Q-BN también tiene una función de trabajo baja y una afinidad negativa por los electrones, lo que significa que brilla en la oscuridad cuando se expone a niveles muy bajos de campos eléctricos. Estas características son las que lo convierten en un material prometedor para pantallas de bajo consumo.tecnologías.
Para hacer Q-BN, los investigadores comienzan con una capa de nitruro de boro hexagonal termodinámicamente estable h-BN, que puede tener un grosor de hasta 500-1000 nanómetros. El material se coloca sobre un sustrato y los investigadores luego usan alta potenciapulsos láser para calentar rápidamente el h-BN a 2.800 grados Kelvin, o 4.580 grados Fahrenheit. El material se apaga, utilizando un sustrato que absorbe rápidamente el calor. Todo el proceso dura aproximadamente un quinto de un microsegundo y se realiza a temperatura ambientepresión del aire.
Al manipular el sustrato de siembra debajo del material y el tiempo que lleva enfriar el material, los investigadores pueden controlar si el h-BN se convierte en Q-BN o c-BN. Estas mismas variables se pueden usar para determinar si el c-BN se forma en microagujas, nanoneedlas, nanodots, microcristales o una película.
"Con esta técnica, podemos crear una película de Q-BN o c-BN de 100 a 200 pulgadas cuadradas en un segundo", dice Narayan.
En comparación, las técnicas anteriores para crear c-BN requerían calentar nitruro de boro hexagonal a 3.500 grados Kelvin 5.840 grados Fahrenheit y aplicar 95.000 atmósferas de presión.
C-BN tiene propiedades similares al diamante, pero tiene varias ventajas sobre el diamante: c-BN tiene una banda prohibida más alta, lo cual es atractivo para usar en dispositivos de alta potencia; c-BN se puede "dopar" para darle positivamente-y capas cargadas negativamente, lo que significa que podría usarse para hacer transistores, y forma una capa de óxido estable en su superficie cuando se expone al oxígeno, lo que lo hace estable a altas temperaturas. Esta última característica significa que podría usarse para hacer un estado sólidodispositivos y recubrimientos protectores para herramientas de mecanizado de alta velocidad utilizadas en entornos con oxígeno ambiente.
"Somos optimistas de que nuestro descubrimiento se utilizará para desarrollar transistores basados en c-BN y dispositivos de alta potencia para reemplazar transformadores voluminosos y ayudar a crear la próxima generación de la red eléctrica", dice Narayan.
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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