Guide du nitrure de bore : Propriétés, structure et applications

1 Introduction

Dans la quête de puces plus rapides et de dispositifs plus durables, les goulets d'étranglement thermiques et les défaillances des matériaux dans des environnements extrêmes sont devenus des obstacles insurmontables. Les industries telles que l'aérospatiale, l'énergie nucléaire et la fabrication haut de gamme recherchent des matériaux stables dans des conditions extrêmes telles que les hautes températures, les hautes pressions, la forte corrosion et les radiations intenses. Si le graphène et le carbure de silicium sont connus depuis un certain temps, un autre composé, le nitrure de bore (BN), s'attaque discrètement à ces défis grâce à ses propriétés structurelles uniques.

Il sert de revêtement de dissipation thermique permettant aux puces de supercalculateurs de fonctionner à plein régime, de couche protectrice protégeant les moteurs de fusée de températures dépassant les milliers de degrés Celsius, de matériau d'outillage plus dur que le diamant pour l'usinage de l'acier trempé, et même de matériau essentiel pour la détection des radiations nucléaires. Il s'agit du BN, un matériau polyvalent qui combine une stabilité à haute température, une isolation extrême, une conductivité thermique très élevée, une résistance à l'usure super-dure et une inertie chimique.

À la base de ces applications exceptionnelles, il y a la profonde relation structure-propriété entre la structure cristalline complexe du BN (forme allotropique) et ses performances. Cet article explique comment le nitrure de bore crée des miracles à partir d'arrangements atomiques, dévoile les secrets des performances de ses différentes formes (telles que le h-BN hexagonal et le c-BN cubique), décrit les principaux défis posés par ses techniques de préparation et explore son immense potentiel pour relever les défis cruciaux des futurs secteurs de l'énergie, de l'information et de la fabrication.

Fig. 1 Application du BN dans les moteurs de fusée

2 Concepts et structure du matériau

Le nitrure de bore (BN) est un composé covalent binaire composé d'atomes de bore (B) et d'azote (N) dans un rapport 1:1. La liaison B-N présente à la fois un caractère covalent fort et une polarité significative (différence d'électronégativité ≈ 1,0), avec une énergie de liaison supérieure à celle des liaisons C-C, ce qui constitue la base de la grande stabilité du matériau. La valeur unique du BN découle de ses riches propriétés allotropiques : les différences d'arrangement atomique entraînent des changements fondamentaux dans les propriétés macroscopiques.

Lenitrure de bore hexagonal (h-BN ) est la forme la plus courante, avec une structure en couches semblable à celle du graphite. Les atomes de bore et d'azote forment des anneaux hexagonaux par hybridation sp2, la liaison entre les couches étant maintenue par les forces de van der Waals. Cette structure confère au h-BN une grande anisotropie : les directions dans le plan présentent une excellente conductivité thermique (≈400 W/m-K), une résistance mécanique et des propriétés isolantes à large bande interdite (~6 eV), tandis que les interactions faibles entre les couches lui confèrent un coefficient de frottement ultra-faible (0,03-0,1) et un pouvoir lubrifiant à haute température, restant stable dans l'air à plus de 1 000 °C.

En revanche, le nitrure de bore cubique (c-BN) et le nitrure de bore wurtzite (w-BN) sont construits par hybridation sp3 pour former des réseaux covalents tridimensionnels. Le c-BN présente une structure tétraédrique en forme de diamant (système cristallin cubique), tandis que le w-BN a une structure hexagonale en couches serrées (système cristallin hexagonal). Tous deux sont réputés pour leur très grande dureté (le c-BN a une dureté de 45-50 GPa, la deuxième après le diamant). Cette structure dense leur confère également une conductivité thermique élevée presque isotrope (c-BN ≈ 750 W/m-K), une stabilité thermique supérieure à 1400°C (dans une atmosphère inerte) et des propriétés de semi-conducteur à large bande interdite (bande interdite du c-BN ~6,4 eV).

Fig. 2 La structure du cBN, du wBN, du rBN et du hBN

Toutes les variantes du BN présentent une inertie chimique exceptionnelle, résistant à la corrosion par les acides, les alcalis et les métaux fondus. Les propriétés de glissement en couches du h-BN et la résistance à l'usure ultra-dure du c-BN/w-BN découlent fondamentalement des implications directes de leur structure en couches sp2 et de leur réseau spatial sp3 en termes de schémas de liaison atomique et de symétrie cristalline. Cette corrélation structure-performance constitue la logique de base pour comprendre le système de matériaux à base de nitrure de bore.

Tableau 1 Comparaison des différents types de structures BN

3 Propriétés physiques et chimiques

3.1 Propriétés thermiques

Le nitrure de bore présente des performances inégalées dans les applications de gestion thermique extrême. Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) présente une conductivité thermique très élevée le long du plan de la couche atomique (environ 400 W/m-K), rivalisant avec celle du graphène, alors que sa conductivité thermique dans la direction perpendiculaire est considérablement réduite. Cette forte anisotropie en fait un choix idéal pour les matériaux de dissipation thermique directionnelle. Le nitrure de bore cubique (c-BN), quant à lui, présente une conductivité thermique isotrope élevée (environ 750 W/m-K), supérieure à celle de la plupart des métaux. Plus important encore, le h-BN reste stable dans une atmosphère oxydante à des températures supérieures à 1000°C, tandis que le c-BN peut supporter des températures supérieures à 1400°C dans un environnement inerte. Les deux matériaux ont des coefficients de dilatation thermique extrêmement faibles et une excellente résistance aux chocs thermiques, ce qui constitue une base matérielle pour les revêtements de barrière thermique des dispositifs à haute température et les substrats de dissipation de la chaleur.

3.2 Propriétés électriques

Les propriétés de large bande interdite du nitrure de bore définissent sa position unique dans l'industrie électronique. Le h-BN, en tant qu'isolant à large bande interdite (largeur de bande interdite ~6 eV), possède un champ de claquage aussi élevé que 800 kV/cm et aucune liaison pendante à sa surface, ce qui en fait une couche diélectrique idéale pour les transistors bidimensionnels (tels que les dispositifs à base de graphène et de disulfure de molybdène), supprimant efficacement la diffusion de l'interface. Le c-BN, quant à lui, combine une bande interdite ultra large de 6,4 eV avec une capacité de dopage de type p contrôlable. Ses propriétés semi-conductrices stables à haute température ouvrent des possibilités de développement de dispositifs optoélectroniques pour l'ultraviolet profond, de détecteurs pour les environnements de rayonnement difficiles et de composants électroniques à haute fréquence et à haute puissance.

3.3 Propriétés mécaniques

Le nitrure de bore présente une différenciation extrême de ses propriétés mécaniques, combinant à la fois rigidité et flexibilité. Les forces de van der Waals entre les couches du h-BN lui confèrent un coefficient de frottement extrêmement faible (0,03-0,1), ce qui en fait un "lubrifiant solide" idéal dans des conditions de haute température. Dans le vide ou dans des environnements inertes, ses performances en matière de frottement dépassent même celles du graphite. Par ailleurs, le réseau tridimensionnel du c-BN formé par des liaisons sp3 lui confère une dureté Vickers de 45-50 GPa, la deuxième après celle du diamant, ainsi qu'une plus grande stabilité thermique et une inertie chimique unique - il ne catalyse pas la graphitisation lors du traitement des métaux du groupe du fer. Cette caractéristique confère aux outils en c-BN un avantage irremplaçable dans le domaine de l'usinage des alliages durs.

3.4 Propriétés chimiques

L'inertie chimique du nitrure de bore est à la base de sa survie dans les environnements corrosifs. Le h-BN et le c-BN présentent tous deux une résistance exceptionnelle à la plupart des acides, des alcalis et des métaux en fusion (tels que l'aluminium, le cuivre et l'acier). Le h-BN peut résister à l'érosion de l'aluminium en fusion à 900°C, surpassant de loin les céramiques traditionnelles ; le c-BN reste stable dans les contacts à haute température avec les alliages à base de fer, évitant ainsi l'échec de la diffusion du carbone que l'on observe couramment dans les outils diamantés. Cette propriété "passive" en fait un matériau candidat clé pour les revêtements de conteneurs de métal en fusion, les consommables de fabrication de semi-conducteurs et les composants d'absorption des neutrons dans les réacteurs nucléaires.

Fig. 3 Le nanorevêtement en nitrure de bore hexagonal réduit l'entartrage des tuyaux dans des environnements d'eau réels.

3.5 Propriétés fonctionnelles spéciales

Les propriétés uniques du nitrure de bore ouvrent de nouvelles voies dans des domaines technologiques de pointe. Les sources de photons uniques h-BN (centres de couleur de la vacance du bore) sont prometteuses pour la communication quantique, leurs surfaces atomiquement plates soutenant la recherche sur de nouveaux états quantiques tels que les isolants topologiques. Les polaritons de phonon c-BN permettent un contrôle sub-longueur d'onde de la lumière infrarouge, offrant de nouvelles voies pour la technologie des métasurfaces. En outre, les propriétés de fluorescence dans l'ultraviolet profond des nanofeuillets de h-BN permettent des percées dans le domaine du marquage biologique et du codage anti-contrefaçon, tandis que la conductivité électrique à ultra-haute pression du w-BN ouvre la voie à la prochaine génération de matériaux pour transducteurs mécatroniques.

4 Méthodes de préparation

Le système technologique de synthèse du nitrure de bore s'articule autour du contrôle de la structure cristalline et des exigences de performance des applications. Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) est la méthode de base pour préparer des couches minces de haute performance, permettant un dépôt contrôlé au niveau atomique par la réaction de précurseurs gazeux (tels que le système BCl3-NH3) sur la surface d'un substrat chauffé. La CVD assistée par plasma permet la croissance de couches isolantes de BN amorphe (avec une constante diélectrique aussi basse que 1,16) à des températures basses de 400°C, tandis que la CVD thermique est utilisée pour la croissance épitaxiale de monocristaux de nitrure de bore hexagonal de grande surface (par exemple, 4×4 cm^2 de h-BN monocouche sur des substrats de nickel), permettant d'obtenir une précision de l'épaisseur du film au niveau du nanomètre et une pureté supérieure à 95%. Mais l'industrialisation est limitée par les coûts des équipements et les taux de dépôt.

Pour la production à grande échelle de matériaux BN poreux, la méthode du gabarit domine en raison de son effet de confinement spatial. Parmi celles-ci, la méthode du gabarit dur utilise du silicium/carbone mésoporeux comme échafaudage, suivi d'une imprégnation avec une source de bore (comme l'azoture de bore), d'une pyrolyse à haute température (>800°C) et d'une gravure du gabarit (solution HF) pour obtenir du BN mésoporeux avec des pores de taille uniforme (2-50 nm) et une surface spécifique >1000 m^2/g, convenant aux supports de catalyseurs et à l'adsorption de gaz. La méthode des gabarits souples, bien que simple sur le plan opérationnel (reposant sur l'auto-assemblage de tensioactifs), est limitée dans son application en raison du manque d'ordre du produit.

La synthèse de poudre de BN de qualité industrielle de l'ordre du micron repose principalement sur des méthodes de pyrolyse à haute température. La méthode borax-chlorure d'ammonium consiste à fritter les matières premières à 1 200 °C dans une atmosphère d'ammoniac, ce qui offre des avantages en termes de production continue mais entraîne des résidus d'impuretés élevés (notamment du carbone) ; la méthode borax-urée implique une nitruration à 900-1100 °C suivie d'un lavage à l'acide pour la purification, ce qui permet d'obtenir des micropoudres de h-BN d'une pureté > 95 %, devenant ainsi le principal procédé pour la synthèse de poudres de BN de taille micronique.95 %, devenant ainsi le processus principal pour les charges conductrices de chaleur et les lubrifiants ; tandis que la méthode des précurseurs organiques (comme la décomposition de l'azoture de bore) produit du BN poreux de haute pureté (> 97 % de pureté), elle est limitée aux applications céramiques haut de gamme en raison du coût élevé des matières premières.

La préparation du nitrure de bore cubique (c-BN) nécessite une technologie à haute pression et haute température (HPHT) pour conduire la transformation de phase. La méthode sans catalyseur requiert des conditions extrêmes (11-12 GPa, 1700°C). Dans l'industrie, les nitrures de métaux alcalins (Li3N, etc.) sont couramment utilisés comme catalyseurs pour réduire la pression à 5 GPa et la température à 1400°C, synthétisant des grains de c-BN (dureté de 45-50 GPa) qui répondent aux exigences des abrasifs et des outils super-durs. Les nouvelles méthodes de synthèse par plasma activent le gaz N2-BH3 à 400-600°C pour déposer des couches minces de c-BN, en évitant les dommages thermiques du substrat, et conviennent aux revêtements optiques.

Les percées les plus récentes se concentrent sur un contrôle structurel précis, comme la croissance épitaxiale oblique utilisant des substrats à symétrie brisée (surfaces à gradins obliques Ni(520)) pour verrouiller séquentiellement l'empilement ABC, préparant avec succès des films monocristallins de BN rhomboédrique (rBN) de 4×4 cm^2. Leur ferroélectricité (température de Curie >600°C) ouvre de nouvelles voies pour les dispositifs électroniques.

Sélection des méthodes et logique d'industrialisation

Adaptabilité de l'application : La méthode borate-urée (micropoudre h-BN à faible coût) est préférée pour les applications de conductivité thermique/lubrification ; les films CVD sont utilisés pour les couches isolantes des semi-conducteurs ; le c-BN synthétisé à HPHT est essentiel pour les outils super-durs ; et les monocristaux de rBN cultivés par épitaxie à bord incliné sont explorés pour les dispositifs quantiques.

Évolution technologique : La recherche actuelle se concentre sur les processus à basse température (assistés par plasma), les processus verts (modèles à faible énergie) et l'amélioration de la précision épitaxiale, ce qui favorise l'adoption du BN dans les systèmes électroniques et énergétiques avancés.

Fig. 4 Schéma du dispositif de synthèse de nanoréseaux de nitrure de bore hexagonal

5 Applications dans le monde réel et percées récentes

5.1 Applications industrielles

La structure en couches du nitrure de bore hexagonal (h-BN) lui confère des propriétés doubles uniques de liaison forte dans le plan et d'interaction faible entre les couches. Dans les engrenages à haute température et les moteurs aérospatiaux, la poudre de h-BN permet d'obtenir un coefficient de frottement ultra-faible (0,03-0,1) grâce au glissement entre les couches. Son réseau de liaisons sp2 reste stable dans un environnement oxydant à 800°C, ce qui permet de résoudre le problème de la défaillance des lubrifiants traditionnels à haute température. Le nitrure de bore cubique (c-BN), avec son réseau covalent tridimensionnel sp3 semblable au diamant, atteint une dureté supérieure à celle du diamant (45-50 GPa) et ne subit pas de graphitisation catalysée par le fer comme le diamant lors de l'usinage de l'acier trempé, ce qui en fait un matériau d'outillage indispensable pour le traitement des alliages à haute dureté. Dans le domaine de la gestion thermique des puces 5G, les paillettes de h-BN, avec leur conductivité thermique ultra-élevée dans le plan (≈400 W/m-K), sont intégrées dans une matrice polymère pour former des voies thermiques anisotropes, réduisant les températures des points chauds locaux de plus de 30 %. Leurs propriétés isolantes de large bande interdite (~6 eV) empêchent également les fuites de courant.

5.2 Matières premières pour les appareils électroniques

La surface atomiquement plate et l'absence de liaisons pendantes du h-BN, une matière première pour les dispositifs électroniques, en font un substrat diélectrique idéal pour les dispositifs électroniques bidimensionnels. Lorsque du graphène monocouche est placé sur du h-BN, l'effet de blindage de sa structure en couches améliore la mobilité des porteurs jusqu'à 140 000 cm^2/(V-s), soit dix fois plus que les substrats traditionnels en SiO2, en raison de sa densité de pièges à charges de surface inférieure à 10^10 cm^-2. Le c-BN, quant à lui, tire parti de sa bande interdite ultra large de 6,4 eV et de ses caractéristiques de bande interdite indirecte, ce qui permet d'obtenir des lasers à température ambiante dans l'ultraviolet profond (longueur d'onde <200 nm). Les défauts de vacance du bore dans son réseau tridimensionnel peuvent également capturer des particules à haute énergie et les convertir en impulsions de signaux électriques, ce qui permet de construire des détecteurs résistants aux radiations avec une durée de vie 100 fois plus longue que les dispositifs à base de silicium dans la surveillance des centrales nucléaires.

5.3 Applications émergentes

Dans les réacteurs nucléaires, l'isotope h-BN du bore-10 a une section transversale d'absorption des neutrons aussi élevée que 3 840 ev cibles, et sa structure en couches peut être transformée en corps céramiques poreux qui peuvent capturer efficacement les neutrons thermiques à des températures élevées de 800°C tout en conservant une inertie chimique pour résister à la corrosion du liquide de refroidissement. Dans le domaine de la technologie quantique, les centres colorés vacants du bore (VB-) dans le réseau h-BN émettent des photons uniques stables avec une efficacité quantique de 85 %. L'environnement d'isolation entre les couches prolonge le temps de décohérence jusqu'à la milliseconde, ce qui en fait un matériau candidat pour les dispositifs de stockage quantique à température ambiante. Dans les tuyères des moteurs de fusée, les revêtements en h-BN assurent une double protection grâce à une structure de densification à gradient : l'anneau sp² à la surface résiste aux flux de flammes oxydantes à 3 000 °C, tandis que le réseau de liaisons sp³ à l'intérieur bloque la diffusion de la chaleur à partir de l'alliage de base, prolongeant ainsi la durée de vie des tuyères jusqu'à trois fois celle des revêtements traditionnels en carbure de silicium.

Fig. 5 Tige de commande de réacteur nucléaire en nitrure de bore

6 Nouvelles découvertes et futurs domaines d'intérêt

6.1 Principaux défis techniques et solutions

1. Difficultés de croissance des monocristaux de c-BN de grande surface

Le nitrure de bore cubique (c-BN), en tant que matériau ultra-dur (d'une dureté de 45-50 GPa), peut remplacer le diamant dans le domaine des outils de coupe (en particulier lors du traitement des métaux du groupe du fer, car il ne provoque pas de graphitisation sans catalyseur). Cependant, la préparation de ses monocristaux est confrontée à des défis majeurs :

Les contraintes interfaciales et les problèmes de pureté de phase : Les méthodes PVD/CVD traditionnelles nécessitent un bombardement ionique à haute énergie pour induire une transformation de phase, ce qui entraîne des phases mixtes (coexistence de h-BN hexagonal et de c-BN cubique) et des contraintes résiduelles dans le film. En outre, l'interface contient souvent des couches de transition de nitrure de bore amorphe (a-BN) et de structures de couches désordonnées (t-BN), qui dégradent la qualité du cristal.

Limites de taille : Les méthodes à haute pression et haute température (HPHT) requièrent des conditions extrêmes (5-12 GPa, 1400-1700°C), qui peuvent produire des grains de c-BN de grande pureté, mais ne permettent pas de réaliser la croissance de monocristaux à l'échelle d'une plaquette de silicium.

Orientations révolutionnaires :

Technologie de croissance épitaxiale : Des études récentes ont montré qu'il était possible de faire croître des films monocristallins épitaxiques de c-BN sur des substrats en diamant, en évitant les défauts de la couche intermédiaire.

CVD assistée par plasma : Le dépôt en phase vapeur assisté par plasma à basse température (par exemple, 350°C PECVD) contrôle la cristallinité en régulant le temps d'irradiation du plasma, ce qui offre des possibilités de croissance sur de grandes surfaces.

2. Optimisation du mécanisme de conductivité thermique entre les couches dans le h-BN

Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) présente une conductivité thermique dans le plan pouvant atteindre 400 W/m-K, mais sa conductivité thermique entre les couches est insuffisante, ce qui limite son application à la dissipation thermique verticale. Les principaux problèmes sont les suivants

Contraintes anisotropes : La structure en couches du h-BN entraîne de fortes liaisons covalentes dans le plan et de faibles forces de van der Waals entre les couches, ce qui rend difficile le transfert de chaleur entre les couches.

Comportement de conductivité thermique dépendant de la topographie : Le h-BN en forme de flocon optimise la dissipation thermique horizontale, mais des particules sphériques sont nécessaires pour améliorer l'efficacité du remplissage dans la direction verticale ; cependant, le processus de préparation du h-BN sphérique est complexe et coûteux.

Par conséquent, les stratégies d'optimisation se concentrent principalement sur les aspects suivants :

• Conception de la micro/nano-structure :
  • h-BN en forme de plaque : Des nanofeuillets ultra-minces (épaisseur < 10 nm) sont préparés par exfoliation en liquide ionique, ce qui améliore l'efficacité du transport des phonons entre les couches et la performance de la pâte thermique de 30 %.
  • h-BN sphérique : le dépôt en phase vapeur par plasma à haute fréquence synthétise des particules sphériques, ce qui permet d'obtenir des matériaux composites à fort taux de remplissage adaptés aux applications de gestion thermique verticale telles que le refroidissement des batteries.
• Ingénierie des interfaces : Arrangement orienté de nanofeuillets de h-BN dans une matrice polymère pour construire des voies de conduction thermique anisotropes, telles que les films de dissipation thermique des puces 5G qui peuvent réduire les températures des points chauds locaux de plus de 30 %.

3. Production à grande échelle et à faible coût

Actuellement, le coût de production de masse des matériaux à base de BN est élevé, en particulier pour les formes à haute performance (telles que les nanotubes et les films minces monocristallins) :

Voies de réduction des coûts :

Technologie de décapage par liquide ionique : Une méthode basée sur des liquides ioniques peu coûteux permet la production à grande échelle de nanofeuillets de h-BN (rendement de 25 %), avec des coûts réduits à un tiers des méthodes traditionnelles.

Méthode de synthèse par combustion : En utilisant l'acide borique et l'urée comme matières premières, la micropoudre de h-BN est directement synthétisée à 900-1100°C, ce qui élimine la dépendance à l'égard des gaz de haute pureté, et convient aux lubrifiants industriels et aux charges conductrices de chaleur.

6.2 Percées et orientations de la recherche de pointe

1. Hétérojonction de Van der Waals (h-BN/Graphène/Dichalcogénure de métaux de transition)

Le h-BN joue un rôle central en tant que couche isolante dans les hétérojonctions bidimensionnelles :

Innovation en matière de photodétecteurs : L'insertion d'une couche barrière de h-BN dans une hétérojonction graphène/MoS₂ supprime le courant d'obscurité au niveau du picoampère (0,07 pA), améliore la vitesse de réponse de 100 fois (0,3 s contre 20 s) et améliore le transport des porteurs photogénérés en utilisant l'effet tunnel FN.

Régulation de l'effet quantique : L'alignement de cinq couches de graphène avec du h-BN forme un super-réseau moiré, ce qui permet d'obtenir pour la première fois l'"effet Hall anomal quantique fractionnaire" (FQAHE) dans le graphène, fournissant ainsi une plateforme pour l'informatique quantique topologique à champ magnétique nul.

Avantages :

La surface atomiquement plate du h-BN réduit la diffusion de l'interface, augmentant la mobilité des porteurs du graphène à 140 000 cm^2/(V-s)10.

La caractéristique de large bande interdite (~6 eV) bloque les fuites de courant, ce qui répond aux exigences des dispositifs à haute fréquence.

2. Nanotubes de nitrure de bore (BNNT)

Les BNNT remplacent les liaisons C-C des nanotubes de carbone (CNT) par des liaisons B-N, combinant une grande résistance et des propriétés d'isolation :

Les propriétés mécaniques sont supérieures à celles des NTC : Les calculs théoriques indiquent une limite d'élasticité plus élevée, une plus grande tolérance aux défauts et la plus grande résistance parmi les fibres isolantes connues.

Stabilité environnementale extrême : Elles conservent leur stabilité structurelle dans un environnement oxydant à 1000°C, surpassant le seuil d'oxydation des NTC (~400°C).

Scénarios d'application :

Phase de renforcement dans les matériaux composites : Remplis dans des matrices polymères (p. ex. résine époxy) pour améliorer la stabilité à haute température et la conductivité thermique, utilisés dans les composants de gestion thermique des engins spatiaux.

Matériau de protection contre les neutrons : La section transversale d'absorption des neutrons de l'isotope bore-10 atteint 3 840 epsilons cibles et convient à la protection des réacteurs nucléaires.

Fig. 6 Nanotube de nitrure de bore

3. Matériaux quantiques à base de bore et d'azote

La réversibilité dynamique des liaisons B-N offre une nouvelle dimension pour la conception de matériaux quantiques :

Sources de lumière quantique : Les vides de bore (VB-) dans le h-BN émettent des photons uniques stables avec une efficacité quantique de 85 % et un temps de décohérence atteignant la milliseconde, jetant ainsi les bases d'une mémoire quantique à température ambiante.

Contrôle topologique de la bande plate : Les monocristaux de BN rhombique (rBN) atteignent la ferroélectricité (température de Curie >600°C) par croissance épitaxiale oblique, supportant des bandes plates d'ordre élevé, avec un potentiel de génération d'anyons non abéliens.

Polymères covalents B-N : La City University de Hong Kong a synthétisé des polymères monocristallins (par exemple, CityU-15) utilisant des liaisons B-N qui, après dopage à l'iode, permettent d'obtenir des dispositifs à très faible énergie (3,3 fJ/cycle) pour la simulation de synapses rétiniennes artificielles.

7 Conclusion

Le nitrure de bore (BN) est un composé binaire constitué d'atomes de bore et d'azote. Il existe principalement sous des formes allotropiques telles que l'hexagonal (h-BN) et le cubique (c-BN). La structure en couches du h-BN lui confère une conductivité thermique élevée dans le plan (environ 400 W/m-K) et un pouvoir lubrifiant à haute température ; la structure cubique du c-BN lui confère des propriétés super-dures (dureté de 45-50 GPa) et un comportement de semi-conducteur à large bande interdite (bande interdite de 6,4 eV). Les défis actuels comprennent la difficulté de faire croître des cristaux uniques de grande surface de c-BN, la faible conductivité thermique entre les couches de h-BN et les coûts élevés associés à la production à grande échelle. La recherche de pointe se concentre sur les hétérostructures de van der Waals (par exemple, h-BN/graphène), les propriétés de blindage mécanique/neutronique des nanotubes de nitrure de bore hexagonal (BNNT) et les matériaux quantiques à base de bore et d'azote (par exemple, les sources de photons uniques à centre coloré de vacance de bore). Les efforts futurs devraient permettre d'optimiser les processus de fabrication (par exemple, la synthèse par plasma, l'exfoliation par liquide ionique) et d'approfondir la recherche sur le contrôle quantique afin de faire progresser ses applications dans les domaines de l'électronique, de l'énergie nucléaire et de la technologie quantique.

En tant que fournisseur de premier plan de matériaux avancés, Stanford Advanced Materials se consacre à la fourniture de produits à base de nitrure de bore de haute qualité et à l'assistance d'experts pour faciliter les progrès de la recherche et de l'industrie.

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