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蒙納士大學Minsu Liu、中國科學院深圳先進技術研究院Hui-Ming Cheng和深圳蓋姆石墨烯中心Ling Qiu課題組--全陶瓷薄膜氮化硼納米片的閃焊
        將氮化硼納米片(BNNSs)組裝成能夠承受極端條件(例如高/低工作溫度和腐蝕性環境)的堅固、柔性薄膜具有廣泛的應用前景。然而,將BNN燒結成致密的薄膜是一個挑戰。結合二維和陶瓷材料的制備策略,在30s內快速制備了致密的BNN全陶瓷薄膜(BACF)。在該工藝中,通過精確控制的超快燒結,將高取向、高密度的BNNS快速焊接成整體,使BNNS的面內熱導率達到134.5 W·m−1·K−1。所制備的BACF具有燒結陶瓷(耐久性、穩定性、耐酸堿性)和二維材料薄膜(柔性、耐沖擊性)的綜合優勢,具有重要的實際應用價值。它還具有優異的冷卻性能、介電性能和良好的熱穩定性,在新興技術中有著廣泛的應用前景。
 
 
圖1. (a) BACF制造工藝示意圖。(b) 脫落BNN的AFM圖像。(c) 剝離BNNSs的TEM圖像。計算剝落BNNSs的直徑(d)和厚度(e)。(f) 顯示白色光滑表面的燒結態BACF的光學照片。
 
 
圖2. (a) BACF的燒結工藝。(b) BNNS薄膜閃光焊接的SEM圖像,插圖為示意圖。(b) 用掃描電鏡觀察了前驅體薄膜的形貌。(c-e)1800°c下燒結樣品表面的示意圖(c1-e1)和SEM圖像(c2-e2),加熱速率(d)≈100℃·min−1,(e)≈102℃·min−1,(f)≈104℃·min−1。標尺為5μm。(f) 樣品的面內熱導率和相對密度。(g) 試樣的拉伸強度和彎曲強度。(h) 不同燒結方法的升溫速率和局限性。
 
 
圖3. 燒結工藝及其條件的優化。a) BNNS燒結UHS工藝的典型溫度分布。b-e)0 s、10 s、30 s和180 s燒結時間下BACF的表面SEM圖像和相應的放大SEM圖像。f)密度和(g)面內熱導率(Ki)隨著燒結時間的延長和溫度的升高,BaCf的燒結速率逐漸增大。每個點都是指用這些參數燒結的樣品。h) 說明不同燒結狀態的時間-溫度圖,指示未燒結(深藍色)、密度快速下降(紫色)、燒結不足(黃色)、最佳燒結(紅色)和過燒(深紅色)的區域。i) hBN基薄膜面內熱導率的比較。(本工作中BN100和BN102是指以≈100°C·min−1和≈102°C·min−1的升溫速率燒結的BNNS薄膜)。
 
 
圖4. BACF熱管理性能演示。a) 測試系統的配置。b) BACF和BN102的紅外熱像。c) 當加熱器功率密度為8.5 W·cm−2時,熱點溫度隨時間變化。d) 作為加熱器功率密度函數的穩態熱點溫度。e) BACF和hBN/PMMA薄膜的熱循環試驗,每次循環160 s。
 
  
圖5.BACF具有陶瓷和二維材料薄膜的綜合性能。a)在低溫-高溫沖擊試驗中保持BACF和hBN/PMMA薄膜的熱導率。b) BACF和hBN/PMMA薄膜在85°C氙燈老化試驗中的熱導率保持率。c) 熱重分析(TGA)的BACF,純BNNS薄膜,和hBN/PMMA薄膜在空氣中。d) 在不同溫度下測試了BACF和hBN/PMMA薄膜的熱導率。e) BACF和hBN/PMMA薄膜的酸堿浸漬試驗。f) 不同燒結時間的BACF照片,標尺為5 mm。g)不同燒結時間的BACF曲率半徑。h) 機械沖擊試驗前后BACF和氧化鋁薄片照片。i) 示意圖顯示, BACF具有燒結材料和2D材料的綜合優勢。
 
      相關研究成果由蒙納士大學Minsu Liu、中國科學院深圳先進技術研究院Hui-Ming Cheng和深圳蓋姆石墨烯中心Ling Qiu課題組2024年發表在Chemical Engineering Journal (鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152156)上。原文:Flash soldering of boron nitride nanosheets for all-ceramic films

轉自《石墨烯研究》公眾號
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