大卫Broido
“我们想确定是否可以制造出高质量的c-BN来观察c-BN的大导热系数, 以及理论计算预测的同位素净化后导热系数的巨大增加是否在实际材料中得到测量,太阳城网赌平台物理学教授大卫·布洛伊多说, 该报告的合著者.
c-BN的制作尤其具有挑战性. 当导热系数较大时，难以准确测量导热系数. 团队克服了这些挑战, c-BN样品的热导率测量值与计算值非常接近.
“这项太阳城官网证实了碳氮化硼是少数超高导热材料之一, 并表明其热导率在同位素富集后有最大的增加,布罗伊多说.
太阳城官网小组还太阳城官网了相关的化合物，磷化硼(BP)和砷化硼(BAs)。. 布罗伊多解释说，自然界中的大多数元素都有同位素的混合物. 例如, 天然存在的硼有两种同位素, 大约20%的硼-10和80%的硼-11. 这些不同的同位素在整个材料中产生无序，增加了热阻. 通过同位素富集使材料只含有一种同位素(要么只有B-10，要么只有B-11), 这种电阻减少，因此导热系数增加, 他说.
无花果. 1国产立方氮化硼晶体的结构与组成. (A)两种典型cnatBN晶体的光学图像. (B) c10BN晶体的x射线衍射图, 表明一种晶格常数为3的锌-闪锌矿结构(插图).6165(5) Å. 此外，样品中似乎有一些晶体. 来自同一生长批次的晶体用于热测量. (C) TOF-SIMS测定的硼同位素浓度. 由于没有大的ceqBN晶体可用于精确的TOF-SIMS测量, 红色虚线表示基于特征拉曼峰的估计(图1). S27及表S1). (D)硼同位素组成的拉曼峰位置特征. 代表性的室温光谱归一化到最高的峰，更好的峰移可视化.
这是大自然的巧合, 氮元素, 磷和砷, 和硼自然结合生成碳氮化硼, BP和BAs, 只有一种同位素. So, 对于这些化合物，同位素的无序性只存在于硼原子上，因此在所有三种由天然存在的硼制成的化合物中都是一样的, Broido说. 然而,, 硼原子的同位素富集使碳氮化硼的导热系数增加了一倍, 但血压和血压的增幅要小得多.
硼原子和氮原子的质量大致相同，而砷原子和磷原子的质量更大.
“我们发现，与硼相比，砷和磷的质量更大，导致BAs和BP的同位素紊乱，对热流的阻力很小,布洛伊多说, 他与太阳城网赌平台博士后纳瓦尼塔. Ravichandran. “这就好像同位素紊乱对流经BAs和BP样品的热量来说变得不可见."
与此形成鲜明对比的是, 通过c-BN的同位素富集去除等量的无序会导致导热系数的大幅增加.
总共有24名太阳城官网人员为该项目做出了贡献. 除了太阳城网赌平台, 该团队包括麻省理工学院陈刚的太阳城官网小组, 伊利诺伊大学的David Cahill说, 厄, 德克萨斯大学奥斯汀分校的李石说, 吕冰(音译)来自达拉斯德克萨斯大学, 休斯顿大学的任志峰说, 以及日本国家材料科学太阳城官网所的谷口隆(Takashi Taniguchi).
“看到测量数据和理论计算如此一致，真是太神奇了. 这个理论中没有可以调整的参数来适应测量结果. 它要么符合测量结果，要么不符合。. “出色的一致性突出了该理论的准确性, 测量的精度, 以及样品的高纯度."
Broido说，需要进一步的太阳城官网来更好地了解c-BN中发生的降低其导热性的缺陷类型. 因为这样的超高导热材料是非常罕见的, 他希望理论和计算搜索能够识别新的候选者，并解开围绕它们通常性质的谜团.
Ed Hayward |大学传播| 2020年1月