HPHT growth of centimeter-sized cubic boron nitride crystals
研究人员利用镍-铬基溶剂催化剂和高压高温温度梯度法，通过在1950°C下维持一周稳定的前驱体通量，成功生长出尺寸超过10毫米的立方氮化硼单晶，其呈现出的拉长形貌归因于硼和氮物种的低有效扩散率。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一个材料如同超级英雄，各自拥有一套独特能力的领域。在“极端”材料的领域中，有两位巨人脱颖而出：金刚石（钻石）和立方氮化硼（cBN）。它们都具有极高的硬度，能够承受高温，并能让光线穿透。你可以把它们想象成机器的终极装甲，或是强力激光器的完美窗口。金刚石是那位著名的主角，以其闪耀的光芒和无与伦比的硬度闻名，但它有一个弱点：如果温度过高（大约 800 °C），它会在空气中燃烧并崩解。cBN 则是那位虽然没那么华丽、却更强悍的表亲，它并不畏惧高温；即使在 1400 °C 以上也能保持强韧。为了让这些材料胜任大型工程，科学家需要将它们生长为巨大的、完美的单晶，而不仅仅是微小的颗粒。挑战在于，生长这些晶体就像是在一个比火山还要热、压力比深海底部还要大的压力锅里，尝试烘焙一个巨大的、完美的蛋糕。几十年来，科学家只能生长出微小的 cBN 晶体，而金刚石晶体则能长得大得多。问题在于：为什么 cBN 无法赶上它的脚步？
这篇论文讲述了一支科学家团队如何最终成功生长出宽度超过 10 毫米的 cBN 晶体——这比之前的纪录整整大了三倍多！他们使用了一种被称为“高压高温”（HPHT）的方法，这本质上是一种高级说法，指的是通过挤压和加热一种混合成分，直到它们变成一颗巨大的晶体。其中的“秘密配方”是一种主要由镍和铬组成的特殊液态金属混合物（溶剂），它充当了运输卡车，将建筑材料（硼和氮）运送到正在生长的晶体处。研究人员让这个“烤箱”在灼热的 1950 °C 下持续运行了整整一周（168 小时）。结果得到的晶体纯度极高，其内部结构近乎完美，这一点通过名为拉曼光谱的激光测试得到了证实，该测试显示出了非常尖锐的信号。
然而，科学家们注意到了一些奇怪的现象。虽然他们在同一台机器中生长的金刚石晶体是圆润且呈块状的（就像一颗完美的骰子），但 cBN 晶体却是长条形的，像橄榄球或热狗一样。论文指出，这是因为 cBN 的建筑材料（硼和氮）在液态金属内部变得有些“粘稠”。在移动过程中，它们与金属发生了反应，从而减慢了速度。这意味着它们不像碳在金刚石生长过程中那样容易直上直下地移动。相反，它们倾向于在源头附近堆积并向侧面扩散，导致晶体在某一个方向上的生长比另一个方向更长。团队并非仅仅靠猜测，他们测量了形状并将其与金刚石晶体进行了对比，以观察差异。他们还排除了这种新方法只是偶然成功的可能性；他们证明了通过仔细控制温度和金属混合物，他们可以稳定地生长出这些巨大的晶体，而不会使其破碎或形成杂乱的团块。这一成功表明，只要通过一些微调让“运输卡车”不再那么“粘稠”，我们很快就能看到更大、形状更完美的 cBN 晶体，准备好成为下一代超强、耐热材料。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。