北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的材料研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種對(duì)新技術(shù)，將金剛石沉積在立方體氮化硼表面（c-BN），結(jié)合成一個(gè)新的單晶體結(jié)構(gòu)。
“這種材料可以用來(lái)制造大功率設(shè)備，如創(chuàng)建下一代智能電網(wǎng)所需的固態(tài)變壓器，”，北卡州立大學(xué)材料科學(xué)與工程特聘講席教授及本研究論文的主要作者Jay Narayan說(shuō)。
“它也可以用來(lái)制造刀具、高速切削加工和深海鉆井設(shè)備，”Narayan說(shuō)。“金剛石很堅(jiān)硬但也容易氧化成柔軟的石墨。c-BN包覆層可以防止氧化。金剛石也與鐵相互作用，使其難以用于鋼工具。再次，c-BN會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題。”
c-BN是一種具有立方晶體結(jié)構(gòu)的氮化硼（BN）。它與金剛石性能相似，但有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：c-BN具有較高的帶隙，這使其用于大功率器件極具吸引力；c-BN可以被“摻雜”，使其具有正、負(fù)電荷層，這意味著它可以被用來(lái)制造晶體管；當(dāng)暴露在氧氣中時(shí)，其表面形成穩(wěn)定的氧化層，使它在高溫條件下穩(wěn)定。今年早些時(shí)候，Narayan公布了一種更快、更便宜的制造c-BN的技術(shù)。
研究人員首先創(chuàng)建c-BN基體，用來(lái)創(chuàng)建外延、或單晶的金剛石/c-BN結(jié)構(gòu)。這使用了Narayan今年早些時(shí)候發(fā)布的新技術(shù)。然后利用脈沖激光沉積法–在500℃和優(yōu)化的大氣壓力下–將金剛石沉積在c-BN表面。使用脈沖激光技術(shù)能夠控制金剛石層的厚度。
“這在一個(gè)單腔室內(nèi)便可完成所有工作，過(guò)程更加節(jié)能，更有時(shí)效性，”Narayan說(shuō)。“只需使用固態(tài)碳和氮化硼即可，它比傳統(tǒng)技術(shù)更環(huán)保。”
研究人員還能夠利用傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)將金剛石沉積在c-BN表面，但這需要利用甲烷氣、氫氣和900°C的鎢燈絲。
“化學(xué)氣相沉積的方法能夠完成這些工作，但我們的脈沖激光沉積方法效果更好，不涉及有毒氣體，可在較低的溫度下完成。”Narayan說(shuō)。
Narayan已經(jīng)與人共同創(chuàng)立了一家公司，q-carbon有限責(zé)任公司。該公司擁有這項(xiàng)技術(shù)的授權(quán)，致力于將該技術(shù)在多個(gè)應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)商業(yè)化使用。
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