p Pesquisadores da North Carolina State University descobriram uma nova fase do nitreto de boro material (Q-BN), que tem aplicações potenciais para ferramentas de manufatura e visores eletrônicos. Os pesquisadores também desenvolveram uma nova técnica para criar nitreto de boro cúbico (c-BN) em temperatura ambiente e pressão do ar, que tem um pacote de aplicativos, incluindo o desenvolvimento de tecnologias avançadas de rede elétrica. p "Esta é uma sequência de nossa descoberta de carbono Q e conversão de carbono Q em diamante, "diz Jay Narayan, John C. Fan Distinguished Chair Professor of Materials Science and Engineering na NC State e principal autor de um artigo que descreve a pesquisa. "Contornamos o que se pensava ser os limites da termodinâmica do nitreto de boro com a ajuda da cinética e do controle de tempo para criar essa nova fase do nitreto de boro.

p "Também desenvolvemos um mais rápido, maneira menos cara de criar c-BN, tornando o material mais viável para aplicações como eletrônicos de alta potência, transistores e dispositivos de estado sólido, "Narayan diz." Nanoagulhas e microagulhas C-BN, que pode ser feito usando nossa técnica, também têm potencial para uso em dispositivos biomédicos. "C-BN é uma forma de nitreto de boro que tem uma estrutura cristalina cúbica, análogo ao diamante.

p Os primeiros testes indicam que o Q-BN é mais difícil do que o diamante, e tem uma vantagem sobre o diamante quando se trata de criar ferramentas de corte. Diamante, como todo carbono, reage com ferro e materiais ferrosos. Q-BN não. O Q-BN tem uma estrutura amorfa, e pode ser facilmente usado para revestir ferramentas de corte, impedindo-os de reagir com materiais ferrosos.

p "Também criamos compósitos cristalinos de diamante / c-BN para usinagem de alta velocidade de próxima geração e aplicações de perfuração em alto mar, "Narayan diz." Especificamente, cultivamos diamante em c-BN usando deposição de laser pulsado de carbono a 500 graus Celsius sem a presença de hidrogênio, criando c-BN e compósitos epitaxiais de diamante. "

p O Q-BN também tem uma função de trabalho baixa e afinidade de elétrons negativos, o que efetivamente significa que ele brilha no escuro quando exposto a níveis muito baixos de campos elétricos. Essas características são o que o torna um material promissor para tecnologias de exibição de baixo consumo de energia.

p Para fazer Q-BN, pesquisadores começam com uma camada de nitreto de boro hexagonal termodinamicamente estável (h-BN), que pode ter até 500-1000 nanômetros de espessura. O material é colocado em um substrato e os pesquisadores então usam pulsos de laser de alta potência para aquecer rapidamente o h-BN a 2, 800 graus Kelvin, ou 4, 580 graus Fahrenheit. O material é então resfriado, usando um substrato que absorve rapidamente o calor. Todo o processo leva aproximadamente um quinto de um microssegundo e é feito à pressão do ar ambiente.

p Ao manipular o substrato de semeadura sob o material e o tempo que leva para esfriar o material, os pesquisadores podem controlar se o h-BN é convertido em Q-BN ou c-BN. Essas mesmas variáveis ​​podem ser usadas para determinar se o c-BN se forma em microagulhas, nanagulhas, nanodots, microcristais ou um filme.

p "Usando esta técnica, somos capazes de criar um filme de até 100 a 200 polegadas quadradas de Q-BN ou c-BN em um segundo, "Narayan diz.

p Por comparação, técnicas anteriores para a criação de c-BN exigiam o aquecimento de nitreto de boro hexagonal a 3, 500 graus Kelvin (5, 840 graus Fahrenheit) e aplicando 95, 000 atmosferas de pressão.

p C-BN tem propriedades semelhantes ao diamante, mas tem várias vantagens sobre o diamante:c-BN tem um bandgap maior, que é atraente para uso em dispositivos de alta potência; c-BN pode ser "dopado" para dar-lhe camadas com carga positiva e negativa, o que significa que pode ser usado para fazer transistores; e forma uma camada de óxido estável em sua superfície quando exposta ao oxigênio, tornando-o estável em altas temperaturas. Esta última característica significa que ela pode ser usada para fazer dispositivos de estado sólido e revestimentos de proteção para ferramentas de usinagem de alta velocidade usadas em ambientes com oxigênio.

p "Estamos otimistas de que nossa descoberta será usada para desenvolver transistores baseados em c-BN e dispositivos de alta potência para substituir transformadores volumosos e ajudar a criar a próxima geração da rede elétrica, "Narayan diz.