莱斯大学的研究人员预测了3d氮化硼的功能优势

据莱斯大学的工程师介绍，三维多孔纳米结构将具有强度、韧性和传热能力的平衡，这将有利于纳米电子学、气体储存和具有多种功能的复合材料。

研究人员通过计算机模拟，用氮化硼(一种由硼和氮原子组成的化合物)创建了一系列3-D原型，从而做出了这一预测。他们的研究结果于7月14日在线发表在《美国科学》杂志上物理化学杂志C。

三维模型融合了一维氮化硼纳米管和二维氮化硼薄片。

土木与环境工程、材料科学与纳米工程助理教授Rouzbeh Shahsavari说:“我们将管子和薄片结合在一起，使它们成为三维的，从而提供更多的功能。”他与研究生Navid Sakhavand共同撰写了这篇论文。在3d纳米结构中，极薄的氮化硼薄片被平行地堆叠在一起，每一层之间都有管状的氮化硼支柱，以保持薄片之间的分离。

Shahsavari指出，在一维和二维版本的氮化硼中，方向性性质总是有偏差，要么偏向管轴方向，要么偏向平面内方向，这并不适合在技术和工业应用中广泛使用3d。

例如，一维氮化硼纳米管在断裂前可以拉伸约20%的长度，但氮化硼的三维原型可以拉伸约45%的长度而不断裂。

当典型的一维或二维氮化硼材料在一个方向上拉伸时，它们倾向于在其他垂直方向上收缩。然而，在3d原型中，当材料在平面内方向拉伸时，它也会在垂直方向拉伸。Shahsavari说:“在这里，管子和薄片之间的连接处有一种独特的曲线状结构，这导致了这种有趣的现象，被称为auxetic效应。”

他说，3d原型的热传输特性也很有利。一维的氮化硼管和二维的薄片可以很快地携带热量但只能在一个或两个方向上。3-D原型在所有3-D方向上相对较快地传递热量。“这一功能非常适合需要材料或涂层具有极快的热扩散能力的应用。例如，汽车发动机或计算机cpu的快速传热对于正常工作至关重要。”Shahsavari说。

三维氮化硼原型具有非常多孔和轻质的结构。每克这种瑞士奶酪状结构的表面积相当于三个网球场。如此高的表面积适合于定制应用。Shahsavari和Sakhavand预测，氮化硼的3d原型可以实现高效的气体存储和分离，例如，在使用氢电池的汽车上。

与石墨烯基纳米结构不同，氮化硼是一种电绝缘材料。因此，3-D氮化硼原型具有补充石墨烯纳米电子学的潜力，包括下一代3-D半导体和3-D热输运设备的潜力，可用于纳米尺度的热量计、微电子过程和宏观冰箱。

真正的3-D氮化硼原型仍需在实验室中制造，许多努力已经在进行中。Shahsavari说:“我们的计算机模拟显示了这些结构可以预期的特性，以及控制它们功能的关键因素。”

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