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Bornitrid-Nanofilmmaterialien

Mar 01, 2019

Die Struktur von Bornitrid (BN) -Nanofilmen ähnelt der von Kohlenstoff-Nanomaterialien. Hexagonales Bornitrid als zweidimensionales Schichtmaterial mit graphenartiger Struktur hat sich zu einem Forschungsschwerpunkt entwickelt. Bornitrid-Nanofilme haben eine gute Wärmebeständigkeit , Oxidationsbeständigkeit und Neutronenstrahlungsabschirmung . Darüber hinaus besitzt Bornitrid hervorragende Eigenschaften wie Piezoelektrizität, hohe Wärmeleitfähigkeit, Superhydrophobie, viskose Reibung zwischen Hochhäusern, Katalyse und Biokompatibilität . Daher haben Bornitrid-Nanofilmmaterialien breite Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen der Hochtemperaturbeständigkeit, der hochfesten Funktionsverbundstoffe und der Biomedizin


Die Herstellungsverfahren für Bornitrid-Nanofilme sind denen der Graphensynthese ähnlich, wie mechanisches Ablösen, chemisches Ablösen, chemisches Aufdampfen und Bestrahlung mit hochenergetischer Elektronen.

  1. Mechanische Abisoliermethode

    Bornitrid-Nanofilme wurden durch mechanisches Abziehen hergestellt. Zunächst wurden Bornitrid-Nanoblätter durch Nassmahlen aus Bornitridpulver hergestellt. Die Abziehkraft des Bornitridfilms war die Scherkraft. Benzylbenzoat wurde als Kugelmahlhilfsmittel zugesetzt, um die Kollision und Beschädigung von Bornitridfilmen während des Kugelmahlens zu reduzieren.

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Schematische Darstellung von durch mechanisches Abziehen hergestellten Bornitrid-Nanofilmen



2. Chemisches Abbeizverfahren

Das chemische Abbeizverfahren ist die Herstellung von Bornitrid-Nanoblättern mit einer und mehreren Atomlagen aus einem Einkristall-Bornitrid durch ein chemisches Lösungsverfahren. Das Einkristall-Bornitrid wurde 1 Stunde in 1,2-Dichlorethanlösung (1,2 mg / 10 ml) von 5 ml m-Styrol und 2,5-Styrol-Copolymer dispergiert, dann wurde der Bornitridkristall in Flocken-Bornitrid abgezogen.

 

Starke polare Lösungsmittel wie N, N-Dimethylformamid (DMF) müssen dem chemischen Abbeizverfahren hinzugefügt werden. Die polaren DMF-Moleküle haben eine starke Wechselwirkung mit der Oberfläche von Bornitrid, was hilfreich ist, um Bornitrid-Nanoblätter zu erhalten. Durch chemisches Abstreifverfahren können reine Bornitrid-Nanoblätter mit einer Dicke im Bereich von 2 bis 10 nm erhalten werden


3. Chemische Dampfabscheidung

Die Herstellung von Bornitrid-Nanofilmen durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase wird hauptsächlich in epitaktisches Wachstum und nicht-epitaktisches Wachstum unterteilt.

(1) Epitaxie-Wachstum

Bornitrid-Nanofilme wurden durch Epitaxie unter Verwendung von binären Systemvorläufern (BF3-NH3, BCl3-NH3, B2H6-NH3) oder Pyrolyse unter Verwendung eines einzelnen Vorläufers wie Cycloborazan (BN3H6), Trichlorcycloborazan (B3N3H3Cl3) oder Hexachlorcycloboratronat hergestellt. Unter diesen können Bornitridfilme mit stöchiometrischem Verhältnis von 1: 1 durch Pyrolyse von Cycloborazan abgeschieden werden.

 

Forscher der Universität Zürich, Schweiz, haben auf Rhodiumbasis mit einer Dicke von 0,1 Nanometern und einem Abstand von 3,2 Nanometern bienenwabenähnliche Nanonets aus Bornitrid (auch bekannt als "weißes Graphen") konstruiert. Durch Ändern des Atomwinkels des Monoschicht-Borcarbids kann der Übergang von hydrophil zu hydrophob mit oder ohne Kraft erreicht werden. Insbesondere kann das Material seinen hydrophilen / hydrophoben Zustand ändern, indem es die Nanostruktur und die statische Beständigkeit der Atomoberfläche ändert (ein Zustand ist ein hochviskoser hydrophiler Zustand, der andere Zustand ist ein niedrigviskoser hydrophober Zustand).

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Strukturdiagramm von Honeycomb-Bornitrid-Nanonetzwerk


(2) Nicht-epitaktisches Wachstum

Boroxid (B2O 3) und Melaminpulver werden als Vorläufer für nicht epitaktisches Wachstum verwendet. Die Dicke der Bornitridfilme kann durch Steuern verschiedener Wachstumstemperaturen (1100-1300 ° C) zwischen 25 und 50 nm eingestellt werden. Die Anzahl der Schichten aus Bornitrid-Nanofilmmaterialien wird durch die Konzentration der Reaktanten bestimmt.


4. Hochenergieelektronenbestrahlung

Bornitrid-Nanofilme, die durch Bestrahlung mit Hochenergieelektronen hergestellt werden, sind BN-Nanoblätter oder Nanopulver, die durch ein mechanisches Abstreifverfahren hergestellt werden. Die erhaltenen dünnen Filme und Nanopulver werden durch intensive Elektronenstrahlbestrahlung verdünnt. BN-Nanoblätter wurden Schicht für Schicht verdünnt, bis durch manuelles Scannen von Elektronenstrahlen BN-Nanoblätter mit monoatomaren Schichten erhalten wurden.


5. Ionenstrahlsputternde Abscheidung

Bornitrid-Nanofilme, die durch Ionenstrahlsputtern hergestellt wurden, wurden auf Ni-Folie mit einer Reinheit von 99,5% abgeschieden. Zuerst wurde die Ni-Folie in situ durch eine Hilfsionenquelle vorgeätzt und dann bei 1000 ° C für 10 Minuten getempert. Dann wurden B- und N-Atome durch einen von der Hauptionenquelle emittierten Argonionenstrahl aus dem hexagonalen Bornitrid-Target gesputtert und dann auf der vorbehandelten NI-Folie abgeschieden, um Bornitrid-Nanofilmmaterialien herzustellen.

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Diagramm der Ionenstrahlsputter-Abscheidungsmethode