Door twee soorten moleculair boornitride te combineren, kan hybride materiaal ontstaan ​​voor snellere, krachtigere elektronica

In de scheikunde is structuur alles. Verbindingen met dezelfde chemische formule kunnen verschillende eigenschappen hebben, afhankelijk van de rangschikking van de moleculen waaruit ze zijn gemaakt. En verbindingen met een andere chemische formule maar een vergelijkbare moleculaire rangschikking kunnen vergelijkbare eigenschappen hebben.

Grafeen en een vorm van boornitride genaamd hexagonaal boornitride valt in de laatste groep. Grafeen bestaat uit koolstofatomen. Boornitride, BN, is samengesteld uit boor- en stikstofatomen. Hoewel hun chemische formules verschillen, ze hebben een vergelijkbare structuur– zo vergelijkbaar dat veel scheikundigen hexagonaal boornitride ‘wit grafeen’ noemen.

Op koolstof gebaseerd grafeen heeft veel nuttige eigenschappen. Het is dun maar sterk en geleidt warmte en elektriciteit zeer goed, waardoor het ideaal is voor gebruik in de elektronica.

Op dezelfde manier heeft hexagonaal boornitride een groot aantal eigenschappen die vergelijkbaar zijn met grafeen en die de biomedische beeldvorming en de toediening van medicijnen zouden kunnen verbeteren, evenals computers, smartphones en LED’s. Onderzoekers hebben het bestudeerd dit type boornitride al vele jaren.

Maar hexagonaal boornitride is niet de enige bruikbare vorm waarin deze verbinding voorkomt.

Als materiaal ingenieurs, ons onderzoeksteam heeft onderzoek gedaan naar een ander type boornitride, kubisch boornitride genaamd. We willen weten of het combineren van de eigenschappen van hexagonaal boornitride met kubisch boornitride de deur zou kunnen openen naar nog meer nuttige toepassingen.

Zeshoekig versus kubisch

Zeshoekig boornitride zijn, zoals je zou kunnen raden, boornitridemoleculen gerangschikt in de vorm van een platte zeshoek. Het ziet er honingraatvormig uit, zoals grafeen. Kubisch boornitride heeft een driedimensionale roosterstructuur en ziet eruit als een diamant op moleculair niveau.

H-BN is dun, zacht en wordt in cosmetica gebruikt om ze een zijdezachte textuur te geven. Het smelt of degradeert niet, zelfs niet onder extreme hitte, waardoor het ook bruikbaar is in elektronica en andere toepassingen. Sommige wetenschappers voorspellen dat het gebruikt kan worden om een straling schild voor ruimtevaartuigen.

C-BN is hard en resistent. Het wordt in de productie gebruikt om snijgereedschappen en boren te maken, en het kan zelfs bij hoge temperaturen zijn scherpe rand behouden. Het kan ook helpen de warmte in de elektronica af te voeren.

Ook al lijken h-BN en c-BN verschillend, als ze samen worden samengevoegd, ons onderzoek heeft gevonden ze hebben zelfs nog meer potentieel dan elk afzonderlijk.

Beide soorten boornitride geleiden warmte en kunnen voor elektrische isolatie zorgen, maar de ene, h-BN, is zacht en de andere, c-BN, is hard. We wilden dus kijken of ze samen konden worden gebruikt om materialen met interessante eigenschappen te creëren.

Het combineren van hun verschillende gedragingen zou bijvoorbeeld een coatingmateriaal effectief kunnen maken voor structurele toepassingen bij hoge temperaturen. C-BN kan een sterke hechting aan een oppervlak bieden, terwijl de smerende eigenschappen van h-BN slijtage kunnen weerstaan. Beide samen zouden ervoor zorgen dat het materiaal niet oververhit raakt.