北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了材料氮化硼（Q-BN）的新階段，它可用于制造工具和電子顯示器。研究人員還開發(fā)了一種在環(huán)境溫度和氣壓下制造立方氮化硼（c-BN）的新技術(shù)，該技術(shù)具有一系列應(yīng)用，包括先進電網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)，這是我們Q-carbon發(fā)現(xiàn)的續(xù)集，并將Q-carbon轉(zhuǎn)化為鉆石，”北卡羅來納州立大學(xué)材料科學(xué)與工程系John C. Fan杰出講座教授，一篇描述該研究的論文的主要作者Jay Narayan說。“ 借助于動力學(xué)和時間控制，我們繞過了被認為是氮化硼熱力學(xué)極限的東西，以創(chuàng)造這種新的氮化硼相。
 
      “我們還開發(fā)了一種更快，更便宜的方法來制造c-BN，使這種材料更適用于高功率電子，晶體管和固態(tài)器件等應(yīng)用，”Narayan說?！翱梢允褂梦覀兊募夹g(shù)制造的C-BN納米針和微針也有可能用于生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。”C-BN是一種氮化硼形式，具有類似于金剛石的立方晶體結(jié)構(gòu)，早期測試表明Q-BN比金剛石更硬，并且在創(chuàng)造切削工具方面它比金剛石更具優(yōu)勢。與所有碳一樣，金剛石與鐵和黑色金屬材料發(fā)生反應(yīng)。Q-BN沒有。Q-BN具有無定形結(jié)構(gòu)，可以很容易地用于涂覆切削工具，防止它們與含鐵材料發(fā)生反應(yīng)。
 
      為了制造Q-BN，研究人員從一層熱力學(xué)穩(wěn)定的六方氮化硼（h-BN）開始，其厚度可達500-1000納米。將材料放置在基板上，然后研究人員使用高功率激光脈沖將h-BN快速加熱到2800開氏度或4,580華氏度。然后使用快速吸收熱量的基底對材料進行淬火。整個過程大約需要五分之一毫秒，并且是在環(huán)境空氣壓力下完成的，通過操縱材料下方的種子基底和冷卻材料所需的時間，研究人員可以控制h-BN是否轉(zhuǎn)化為Q-BN或c-BN。這些相同的變量可用于確定c-BN是否形成微針，納米針，納米點，微晶或膜。
 
      使用這種技術(shù)，我們能夠在一秒內(nèi)制作出100到200平方英寸的Q-BN或c-BN薄膜，”Narayan說，相比之下，先前用于產(chǎn)生c-BN的技術(shù)需要將六方氮化硼加熱至3,500開氏度（5,840華氏度）并施加95,000大氣壓。
 
      C-BN具有與金剛石類似的特性，但與金剛石相比具有幾個優(yōu)點：c-BN具有更高的帶隙，這對于在大功率器件中使用是有吸引力的;c-BN可以“摻雜”以賦予其正電荷和負電荷層，這意味著它可以用于制造晶體管;當暴露在氧氣中時，它在其表面形成穩(wěn)定的氧化層，使其在高溫下穩(wěn)定。最后一個特征意味著它可以用于制造用于氧氣環(huán)境中的高速加工工具的固態(tài)器件和保護涂層。
      我們樂觀地認為，我們的發(fā)現(xiàn)將用于開發(fā)基于c-BN的晶體管和高功率器件，以取代笨重的變壓器，并幫助創(chuàng)建下一代電網(wǎng)，”Narayan說。