Исследователи сделали это предсказание, используя компьютерное моделирование для создания серии трехмерных прототипов с нитридом бора, химическим соединением, состоящим из атомов бора и азота. Их результаты были опубликованы в Интернете 14 июля в Journal of Physical Chemistry C.
Трехмерные прототипы сплавляют одномерные нанотрубки нитрида бора и двумерные листы нитрида бора.
«Мы объединили трубы и листы вместе, чтобы сделать их трехмерными, тем самым предлагая больше функциональности», — сказал Рузбех Шахсавари, доцент кафедры гражданского строительства и охраны окружающей среды, материаловедения и наноинженерии, который является соавтором статьи с аспирантом Навидом Сахавандом.
В трехмерной наноструктуре чрезвычайно тонкие листы нитрида бора уложены в параллельные слои с трубчатыми столбиками из нитрида бора между каждым слоем, чтобы держать листы разделенными.
Шахсавари отметил, что в одномерном и двумерном вариантах нитрида бора всегда присутствует смещение в свойствах направленности либо в сторону оси трубы, либо в направлении в плоскости, что не подходит для широкого использования в трехмерной технологии и технологиях. промышленное применение.
Например, одномерная нанотрубка нитрида бора может быть растянута примерно на 20 процентов своей длины, прежде чем она сломается, но трехмерный прототип нитрида бора можно растянуть примерно на 45 процентов своей длины без разрушения.
Когда типичные одно- или двумерные материалы из нитрида бора растягиваются в одном направлении, они имеют тенденцию к усадке в других перпендикулярных направлениях. Однако в трехмерном прототипе, когда материал растягивается в направлении плоскости, он также растягивается в перпендикулярных направлениях. «Здесь соединение между трубками и листами имеет уникальную кривую структуру, которая способствует этому интересному явлению, известному как ауксетический эффект», — сказал Шахсавари.
По его словам, свойства теплопередачи трехмерного прототипа также являются выгодными. Одномерные трубки из нитрида бора и двухмерные листы могут очень быстро переносить тепло, но только в одном или двух направлениях.
Трехмерный прототип относительно быстро переносит тепло во всех трехмерных направлениях. "Эта функция идеальна для приложений, где требуются материалы или покрытия с возможностью чрезвычайно быстрой термодиффузии в окружающую среду. Примеры включают автомобильные двигатели или компьютерные процессоры, где быстрая передача тепла в окружающую среду имеет решающее значение для правильного функционирования ", — сказал Шахсавари.
Трехмерный прототип нитрида бора имеет очень пористую и легкую структуру. Каждый грамм этой швейцарской сыроподобной структуры имеет площадь, эквивалентную трем теннисным кортам.
Такая большая площадь поверхности подходит для индивидуальных приложений. Шахсавари и Сахаванд предсказали, что трехмерный прототип нитрида бора позволит эффективно хранить и разделять газ, например, в транспортных средствах, работающих на водородных элементах.
В отличие от наноструктур на основе графена, нитрид бора является электроизоляционным материалом.
Таким образом, трехмерный прототип нитрида бора может дополнить наноэлектронику на основе графена, включая потенциал для следующего поколения трехмерных полупроводников и трехмерных устройств переноса тепла, которые могут быть использованы в наноразмерных калориметрах, микроэлектронных процессах и макроскопических холодильниках.
Реальный прототип трехмерного нитрида бора еще предстоит создать в лаборатории, и уже ведутся многочисленные работы. «Наше компьютерное моделирование показывает, каких свойств можно ожидать от этих структур и каковы ключевые факторы, которые контролируют их функциональность», — сказал Шахсавари.
