Новый композит на основе нитрида бора демонстрирует свойства обычной керамики, но при нагревании не трескается, а плавится, поэтому ему можно придать любую нужную форму.
©Matthew Modoono, Northeastern University
Металлу и пластику легко придать любую нужную форму: при нагревании такие материалы становятся пластичными. В отличие от них, керамика сохраняет свою структуру и в лучшем случае разлетится на куски. Однако недавно ученые из американского Северо-Восточного университета продемонстрировали новый керамический материал, который можно формовать при высокой температуре.
Материал сложен из крошечных пластин нитрида бора, соединенных с помощью пленочного литья и скрепленных за счет фотополимеризации. Это позволяет получить композит, микроструктура которого обеспечивает пластичность при нагревании. Статья Рэндалла Эрба (Randall Erb) и его коллег опубликована в журнале Advanced Materials.
Как это иногда бывает в науке, открытие сделали почти случайно. Экспериментируя с новым керамическим материалом, ученые заметили, что в горячем огне газовой горелки он расплавился и выпал из крепления. Присмотревшись, они поняли, что, в отличие от обычной керамики, которая при сильном нагревании способна разве что расколоться, этот материал остался неповрежденным и лишь принял новую оплавленную форму, чего можно было бы ожидать скорее от пластика или металла.
«Мы проделали это несколько раз и поняли, что можем контролировать деформацию. Мы попробовали формование под давлением, и оказалось, что материал легко ей поддается», — рассказал профессор Эрб. По словам ученых, микроструктура такой керамики позволяет ей очень эффективно проводить тепло, распределяя его по всему объему и расплавляясь, словно металл. Для дальнейших разработок и коммерциализации своего открытия авторы запустили стартап Fourier LLC и уже получили первые инвестиции.
Термоформуемая керамика может найти применение в электронике. Ей легко придать любую нужную форму и использовать для отвода тепла от разогревающихся микрочипов. Пока для этой цели используют металлические, обычно алюминиевые радиаторы. Однако при этом требуется учитывать, что металлы могут нарушать передачу радиоволн. Новый материал для них совершенно прозрачен и электричество не проводит. За счет нагрева и вибрации такой керамике можно придать необходимую форму, чтобы плотно нанести на микросхему для эффективного отвода лишнего тепла.
Комментарии
Плёночное литьё и фотополимеризация предполагают наличие органики в составе. Исходя из этого плавится не нитрид бора, а полимерное связующее.