Исследователи из Университета Райса, с помощью компьютерного моделирования, увидели достоинства 3D нитрида бора.
Согласно расчетам инженеров, трехмерная пористая наноструктура имеет необходимый баланс прочности, жесткости и способности для передачи тепла, что позволит эффективно применить его для наноэлектроники, в хранении газа и производстве композиционных материалов.
Ученые создали 3Д прототипы из одномерных нанотрубок нитрида бора и двухмерных листов этого материала. Соавтор исследования Rouzbeh Shahsavari поясняет: «Мы объединили трубы и листы вместе, чтобы сделать материал трехмерным, таким образом, предлагая более широкую функциональность. В 3-D наноструктуре очень тонкие листы нитрида бора укладываются в параллельные слои, а трубчатые формы укладываются между ними, для разделения».
Полученная структура имеет гораздо более эффективные свойства. Так, если одномерные нанотрубки могут быть растянуты на 20 процентов своей длины, то 3-D прототип нитрида бора может быть растянут до 45 процентов, не повреждаясь. Кроме того, когда одно-или двумерные материалы растягиваются в одном направлении, они имеют тенденцию к усадке в других перпендикулярных направлениях. В 3-D прототипе этого не происходит. Shahsavari говорит: «На стыке между трубами и листами имеется уникальная кривая, известная как ауксетичный эффект».
Также повышаются тепловые свойства нового нитрида бора. Одномерные трубки и двумерные листы могут нести тепло в одном или двух направлениях. 3-D прототип переносит тепло сравнительно быстро во всех направлениях. Shahsavari поясняет: «Эта функция идеально подходит для приложений, которые требуют материалов или покрытий с возможностью очень быстрой термодиффузии в среде. Например, автомобильные двигатели или компьютерные процессоров, где быстрая передача тепла имеет решающее значение для функционирования».
Ко всем прочим достоинствам, 3-D нитрид бора имеет очень пористую и легкую структуру. Каждый грамм этого нового материала имеет площадь поверхности, эквивалентную трем теннисным кортам. Это обеспечивает эффективное хранение и разделение газа, например, в транспортных средствах, работающих на водороде.
В отличие от графеновых наноструктур, нитрид бора представляет собой электрически изолирующий материал. Благодаря этому, он имеет потенциал для наноэлектроники, в том числе для следующего поколения 3-D полупроводников и 3-D тепловых транспортных устройств, которые могли бы быть использованы в наноразмерных калориметрах, микроэлектронных процессорах и макроскопических холодильниках.
Хотя 3-D нитрид бора еще предстоит создать в лаборатории, ученые уверены, «наши компьютерные симуляции показывают, какие свойства можно ожидать от этих структур и какие ключевые факторы контролируют их функциональность».
Добавить комментарий