Elektronik cihazlar boyutlarını küçülttüğünde, enerji kesintileri yükselirken, ısıyı yönetmek bakır ve alüminyum gibi metallerden biri haline geldi veya grafiklerle yüksek performanslı LEDler ile birlikte yüksek çözünürlükte olan nanotüpler oluşturmak için daha iyi ve elektriksel olarak sabit bir şekilde çalışır.
Boron Nide Nanotüpleri Anlayın: Yapı ve Kompozisyon
Boron nitride nanotüpler, bazen “beyaz grafikler” olarak adlandırılır, çünkü renkli ve yapısal benzerlikler, BNNTs karbon meslektaşlarından farklı olarak farklı kılan benzersiz bir dizi özellik verir.
BNNTs, 1995 yılında bir plazma ark deşarj yöntemi kullanarak ilk sentezlendi ve o zamandan beri birçok alternatif rota geliştirildi. En yaygın üretim teknikleri şunları içerir:
- [FONT:0)Chemical buharlaştırma (CVD): ) Boron ve azot öncüleri yüksek sıcaklıklarda (tipik olarak 1000-1400 °C) bir substrat üzerinde nanotüpler üreterek, bir substrat üzerinde.
- [FONT:0)Ball değirmeni ekle bir araya getirilir: Boron tozu, bir demir katalizörle mekanik olarak değirmene alınır, sonra BNNTs oluşturmak için azot gazı altında ısınır. Bu yöntem, nispeten yüksek verimlere sahiptir, ancak sık sık sık sık çeşitli çaplar ve duvar numaraları ile tüplerde sonuçlar verir.
- [FONT:0)Plasma ark deşarjı:[Dönetici: 1 ) Bir azot atmosferindeki yüksek akımlı elektrotlar, BNNTs'i buharlaştırma ve Konfora kadar yeterince ısıtır.
- [FONT:0)Laser ablation:[Dönetici:[Dönetici: 0) Bir hidroksit lazeri bir azot ortamında boron hedefi buharlaştırır, soğuk bir substrat üzerinde toplanan nanotüpler oluşturur.
Her sentez rotası nanotüpün uzunluğu, çapında, chirality ve defekt yoğunluğu etkiler, ki bu da termal ve mekanik özellikleri etkiler. Araştırmacılar bu süreçleri tutarlı kalitede ve endüstriyel kabul edilebilir maliyetlerle geliştirmeye devam ederler.
BNNTs'leri Termal Yönetim için İdeal kılan Anahtar Özellikler
Dışsal Termal Davranış
BNNTs, 2000 W /m·K'yı tüp eksen boyunca aşabilecek termal iletkenlik değerleri sergilemektedir - hem de bakır gibi rekor değerlerle karşılaştırılabilir (~400 W/m·K) Bu olağanüstü ısı transferleri, hem de elektromanyetik dönüşümler için benzersiz bir şekilde uygun hale getirmek, hem de ısı dağılımının yüksek derecede verimli olması için gerekli olan ısı geçişi için gerekli olan ısı geçişi.
Elektrik yalıtımı
Belki de BNNTs'in en stratejik değerli özelliği, onların chirality'ye bağlı olarak geniş bant genişliğidir, ancak elektriksel olarak 8 MV/cm'in bozulmasıyla ilgili olarak, BNNT'lerin doğrudan dielektriklere, metalik veya yarı iletkenliğe dahil edilmesi ve uygun bir kaplama kullanarak, yüksek çözünürlükte bir sıcaklık aralığına sahip olan ısıtılmasıdır.
Yüksek Mekanik Güç ve Flexability
BNNTs, 30-50 GPa ve bir Genç'in moderatörlere mekanik performansta 1 TPa, rakip karbon nanotüplere yaklaşarak, ya da 400-500 °C'ye entegre etmeden, kritik bir avantaja sahiptir - ayrıca, 1800 °C'nin ötesindeki ısıtılış noktalarına dayanıklı olarak kalır.
Diğer dikkat çekici özellikler, düşük bir termal genişleme katsayısı, çoğu asit ve çözücülere mükemmel kimyasal direnç ve yaklaşık 2.2 g /cm3 yoğunluğu, bu birçok geleneksel dolgudan daha düşük. Tüm bu özellikler BNNTs'i ekstra bir şekilde çok yönlü bir bina bloğu haline getirmek için bir araya gelir.
Uygulamaları Across Industries
Elektronik ve Yarı iletken Soğutma
Modern mikroişlemciler, grafik işleme birimleri ve güç modülleri, performans veya güvenilirlikte ısınabilen ısı fluxes üretir ve çip içindeki noktalar birkaç yüz W / cm2. Geleneksel termal arayüz materyaline ulaşabilir (TIMs) ile dikey olarak hizalanır, faz değiştirirler, veya silikon pedleri genellikle performans veya güvenilirlikten kısa olabilir. BNNT-enhanced TIMs - bu tür 5 kat daha fazla esneklik sağlar.
Havacılık ve Hafif Kompozitler
Kilo azaltma, her kilogramın doğrudan yakıt tasarrufuna veya daha fazla para yüküne çevrilmesi gerektiği, BNNTs'in yüksek ısıtılmış polimer kompozitleri için gerekli olan ısı performansına karşı çıkabiliyor, motor nacelller ve roket nozulları ile Avrupa Uzay Ajansı'nın BNNTs'in yüksek sıcaklık kararlılığına karşı aktif olarak BNNTs'in yüksek ısıtılması ve yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulundu.
Enerji Depolama ve Battery Termal Yönetim
Lityum-iyon aküleri hızlı şarj ve discharging sırasında önemli ısı yaratır ve termal runaway olaylar elektriksel araçlar ve ağ depolama sistemlerinde güvenlik endişeleri kalır. BNNTs düşük yükleme seviyelerinde percolasyon ağları oluşturabilir ve BNNT-enhanced separatorlar ile bazı deneysel bataryalar ısı dağılımını artırmak için idealdir.Çünkü BNNT-enhanced sempler, yüksek çözünürlükte yüksek ısıtılabilirliği sağlarlar.
Termal Interface Malzemeler
Bir ısı kaynağı ve ısı batağı arasındaki arayüz genellikle termal bir şekilde en dirençli unsurdur. Hava boşlukları, yüzey kabalığı ve zayıf temas seviyesi (< 1 cm2·K / W) bir ısı ve faz değiştirme malzemeleri arasında formüle edilebilir.Aligned BNNT serisine girmek için - bazen “termal ormanlar” olarak adlandırılır - özellikle düşük direnç değerleri sunar (< 1 cm2·K / W)
Üretim ve Entegrasyonda Zorluklar
Scalable Synthesis
Etkileyici laboratuvar ölçekli sonuçlara rağmen, BNNT'lerin yaygın olarak kabul edilmesi önemli üretim engellerini karşılamaktadır.Mevcut sentez yöntemleri genellikle küme başına gram üretir, ancak endüstriyel uygulamalar metalik boşlukları veya hatta tonları sunar. Plazma yay ve lazer ablasyon teknikleri, düşük maliyetli, yüksek çözünürlükte ölçeklendirmeye sahip olmak için yoğun ve zorlanır BNNT süreci genellikle pahalı öncü gazlar ve substratlar için gider.
Dispersion ve Kompozit İşleme
BNNTs'ler mevcut olduğunda bile, onları kompozit malzemelere entegre etmek ikinci bir meydan okuma sunar. Güçlü van der Waals nanotüpler arasındaki güçlü kuvvetler, BNNT yüzeyinin işlevselleştirilmesine neden olur, örneğin, hidroxyl, metal veya seramik matrikslere yol açarlar, çünkü agglomer kontraseptif olmayan optik diskler ile çalışır ve sabit olmayan ısıtılır.
Karşılaştırmalı Analiz: BNNTs vs. Karbon Nanotubes vs. Diğer Fillers
BNNTs'in neden dikkat çektiğini anlamak için, en kurulmuş nano dolumlarla karşılaştırmak için öğreticidir. ancak CNTs, birçok elektronik ambalaj uygulamalarında kullandıklarını belirtirken, bildirilen polimer kompozitlerde 3500 W /m·K. elektriksel olarak daha az pahalıya mal olabilir ve BNNTs'den iki yıl sonra şarj edilebilir.
Diğer ortak termal dolgular, boron nitride partikülleri (hexagonal boron nitride, h-BN), bir kompozit ışık, alüminyum nitrit ve elmas.Bu malzemeler elektriksel olarak insulating, BNNT kompozitleri, özellikle de kompozit formda elektriksel birleştirici prosesler için mekanik takviye sağlar.
Son Araştırma ve Gelecek Yollar
BNNT alanı hızla ilerliyor. 2023 yılında, Rice Üniversitesi'nde bir ekip, BNNT'nin ürettiği yüksek frekanslı plazmayı kullanarak, nanotüplerin yüksek yönüne göre iki büyüklükteki yüksek çözünürlükte bir araya getiren bir yeni sentez yöntemi sergiledi. Pennsylvania Üniversitesi'nde araştırmacılar, BNNT tabanlı bir termal salaklama işlemi geliştirdiler, bu da kişisel olarak fiberler için dokunabilir veya kumaşlar için dokunabilir.
Acil termal yönetim ötesinde, BNNTs kuantum bilişimdeki uygulamalar için araştırılıyor (örneğin, motor radyasyon kalkanı (boron'un bir sonraki on yıl içinde ticari bir gerçeklikle geçiş yapacağına dair) ve biyomedikal cihazlar (örneğin radyodabeled görüntüleme ajanları) gelişmiş dağıtım teknikleri ve endüstri, BNNTs'in önümüzdeki on yıl içinde ticari bir gerçeklikle geçiş yapacağını gösteriyor.
Gelecekteki gelişme için anahtar alanlar şunları içerir:
- [FONT:0)Upstream sentez:[Dönetici:[Dönder:) Sürekli akış reaktörleri ve düşük maliyette BNNTs sağlayan katalizörsüz yöntemler.
- [FONTS:0)Alignment teknolojisi: [Dönetici: 0,4][/FONTs in üç boyutlu yapılar, gerçek “termal kompozitler tasarlayarak” yönlendirmesi için teknikler.
- [FONT=0) Çok fonksiyonel kompozitler: BNNT hibritleri grafik veya CNTs ile hem termal hem de elektriksel yarı iletkenlik veya kalkanlar oluşturmak için malzemeler oluşturmak için.
- [FONT:0)Standartize testi:[Dönetici: BNNT filmlerinin termal iletkenliği ve optikler için araştırma grupları arasında adil karşılaştırmalar yapabilmeleri için tutarlı ölçüm protokolleri kurmak.
Özellikle umut verici bir yön, BNNTs'in ısı yönetimi için galyum nitride (GaN) güç elektronikleri için yüksek sıcaklıklar ve saç gerilimleri silikondan daha yüksek düzeyde çalışır ve ısıyı yaparken aşırı elektrik alanlara dayanabilecek dielektrikler gerektirir. BNNT- dolu polimerler depolar ve enkapsülants that meet this functionality, Potansiyel olarak elektrik araç dönüştürücüler ve 5G baz istasyonları için daha yüksek verimlilik kilidini açar.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Boron nitride nanotüpler, termal yönetim malzemelerinin sınırlarında duruyor, sentez ve enerji tasarrufunun eşsiz bir kombinasyonunu sunuyor, enerji verimliliği, elektrik yalıtımı, mekanik güç ve termal istikrar.Elektrikli enerji dağıtım yöntemlerini olgunlaştırmak için potansiyelleri, BNNTs muhtemelen daha küçük bir termal mühendisler aracı haline gelecek nesilde, daha hızlı bir şekilde ve daha güçlü bir şekilde üretim maliyetlerinin arttırılmasına olanak sağlayacak.