單層六方氮化硼（BN）會(huì)是下一代首選熱門散熱材料

      以柔性可穿戴設(shè)備為例，隨著現(xiàn)代設(shè)備的輕量化、小型化，熱管理變得越來越重要，開發(fā)絕緣高導(dǎo)熱材料也就越來越重要。

      由澳大利亞研究理事會(huì)（Australian Research Council，ARC）通過科技成果轉(zhuǎn)化獎(jiǎng)項(xiàng)資助，由迪肯大學(xué)旗下機(jī)構(gòu)主導(dǎo)完成的一項(xiàng)研究結(jié)果表明，單層六方氮化硼（BN）在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)751W/mK，以單位重量計(jì)，在所有半導(dǎo)體和絕緣材料中第二高（譯者注：金剛石為第一高），且隨著六方氮化硼的層數(shù)增加，導(dǎo)熱系數(shù)逐步減小。這也意味著單層六方氮化硼將成為下一代柔性電子器件散熱材料的首選熱門材料。

      （a）1-3層Bn（b）單層BN，虛線為BN邊緣（c）常見半導(dǎo)體和絕緣體

      金剛石和立方氮化硼（cBN）原本是這類材料中導(dǎo)熱系數(shù)最高的，但由于生產(chǎn)成本以及脆性，很難在柔性設(shè)備中采用；還有最近發(fā)現(xiàn)的帶隙1.5eV的高質(zhì)量立方砷化硼（BAs）的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)約1000W/mK，但也在柔性上打了問號(hào)。相比之下，高定向熱解六方氮化硼（highly oriented pyrolytic hexagonal BN，HOPBN）性能接近單晶氮化硼，盡管有許多晶界、缺陷和位錯(cuò)，但其導(dǎo)熱系數(shù)在室溫下仍高達(dá)400W/mK。

      在此前的許多研究中發(fā)現(xiàn)，少層BN的導(dǎo)熱性能甚至不如普通hBN塊材，甚至曾有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示5層BN的熱導(dǎo)率比11層BN更差。本次研究人員認(rèn)為，之前存在hBN樣品的缺陷問題。并且，樣品轉(zhuǎn)移過程中都涉及到了聚合物（如PMMA）的使用，存在殘留污染。因此也不可避免地破壞了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

      本次實(shí)驗(yàn)采用了透明膠帶法制備單層BN（和當(dāng)初的諾獎(jiǎng)獲得者制備石墨烯的方法類似），并采用了拉曼光譜法測量結(jié)果。研究人員將剝離的單層BN分別覆蓋到了納米氧化硅覆蓋的硅基底和鍍金硅基底上，兩種基底都經(jīng)過處理，配有預(yù)制微孔和溝槽，這是為了避免加熱過程中氣體膨脹。

      最終，通過制備高質(zhì)量單層BN并進(jìn)行試驗(yàn)，研究人員揭示了該材料固有的熱導(dǎo)率。結(jié)果表明，在半導(dǎo)體和絕緣體中，單層BN是除了金剛石和立方砷化硼以外熱導(dǎo)率最高的材料。但它同時(shí)還具備低密度、高強(qiáng)度、高韌性、高延展性、高穩(wěn)定性、抗?jié)B性等多重優(yōu)勢，這就使它的應(yīng)用前途尤為廣闊。