Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

3-D nanostruktur kan være til nytte for nanoelektronikk, gasslagring: Funksjonelle fordeler av 3-D-bor nitrid spådd

Anonim

En tredimensjonal porøs nanostruktur vil ha en balanse mellom styrke, seighet og evne til å overføre varme som kan være til nytte for nanoelektronikk, gasslagring og komposittmaterialer som utfører flere funksjoner, ifølge ingeniører ved Rice University.

annonse


Forskerne gjorde denne prediksjonen ved å bruke datasimuleringer for å lage en serie 3-D prototyper med boritrid, en kjemisk forbindelse laget av bor og nitrogenatomer. Deres funn ble publisert online 14. juli i Journal of Physical Chemistry C.

De 3-D prototyper smelter i endimensjonal bornitrid nanorør og todimensjonale ark nitrid.

"Vi kombinerte rørene og arkene sammen for å gjøre dem tredimensjonale, og dermed tilby mer funksjonalitet, " sa Rouzbeh Shahsavari, assisterende professor i sivil og miljøteknologi og materialvitenskap og nanoengineering, som medforfattere avisen med kandidatstudent Navid Sakhavand . I 3-D nanostrukturen stables de ekstremt tynne platene nitrid i parallelle lag, med rørformede søyler av bornitrid mellom hvert lag for å holde arkene skilt.

Shahsavari bemerket at i de endimensjonale og todimensjonale versjoner av bornitrid er det alltid en forspenning i retningsegenskaper, enten mot rørakse eller i flyplanretninger, som ikke er egnet for utbredt 3-D bruk i teknologi og industrielle applikasjoner.

For eksempel kan en en-dimensjonal boritririd-nanorør strekkes om lag 20 prosent av dens lengde før den går i stykker, men 3-D-prototypen av nitrid kan strekkes rundt 45 prosent av dens lengde uten å bryte.

Når de typiske en- eller todimensjonale bornitridmaterialene strekkes i en retning, har de en tendens til å krympe i de andre vinkelrette retninger. I 3-D-prototypen, når materialet strekker seg i planretningen, strekker den imidlertid også i vinkelrette retninger. "Her har krysset mellom rørene og arkene en unik kurve-lignende struktur som bidrar til dette interessante fenomenet, kjent som auxetisk effekt, " sa Shahsavari.

De termiske transportegenskapene til 3-D prototypen er også fordelaktige, sa han. De etdimensjonale boritridridrørene og todimensjonale arkene kan bære varmen veldig fort, men bare i en eller to retninger. 3-D prototypen bærer varme relativt fort i alle 3-D retninger. "Denne funksjonen er ideell for applikasjoner som krever materialer eller belegg med mulighet for ekstremt rask termisk diffusjon i omgivelsene. Eksempler er bilmotorer eller PC-prosessorer, hvor en rask varmeoverføring til omgivelsene er kritisk i riktig funksjon, sier Shahsavari.

3-D-bornitridprototypen har en meget porøs og lett struktur. Hvert gram av denne sveitsiske ostlignende strukturen har et areal som tilsvarer tre tennisbaner. Et slikt høyt areal gir seg til tilpassede applikasjoner. Shahsavari og Sakhavand forutslo at 3-D prototypen av boritrid ville tillate effektiv gasslagring og separasjon, for eksempel i kjøretøy som kjører på hydrogenceller.

I motsetning til grafenbaserte nanostrukturer er boritrid et elektrisk isolerende materiale. Dermed har 3-D-boronitrid-prototypen potensial til å utfylle grafenbasert nanoelektronikk, inkludert potensial for neste generasjon av 3-D halvledere og 3-D termiske transportanordninger som kan brukes i kalorimetre for nanoskala, mikroelektroniske prosesser og makroskopiske kjøleskap .

Den faktiske 3-D-bornitridprototypen må fremdeles opprettes i laboratoriet, og mange anstrengelser er allerede i gang. "Våre datasimulasjoner viser hvilke egenskaper som kan forventes fra disse strukturene, og hvilke nøkkelfaktorer som styrer funksjonaliteten, sier Shahsavari.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Rice University . Opprinnelig skrevet av BJ Almond. Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Navid Sakhavand, Rouzbeh Shahsavari. Synergistisk oppførsel av slanger, kryss og ark gir mekanisk funksjon i 3D porøs bornitrid nanostrukturer . Journal of Physical Chemistry C, 2014; 140714133945002 DOI: 10, 1021 / jp5044706