Perkembangan pesat teknologi seperti kecerdasan buatan, komunikasi 5G dan kenderaan tenaga baharu telah membawa kepada peningkatan ketumpatan kuasa dan tahap penyepaduan dalam peranti elektronik secara berterusan, menjadikan "pelesapan haba" sebagai faktor utama yang mengehadkan prestasi peranti. Berbanding dengan bahan tradisional seperti Al₂O₃, BeO dan SiC, AlN (aluminium nitrida), dengan kekonduksian terma yang sangat baik, kekuatan mekanikal yang tinggi, padanan pengembangan terma yang baik, kestabilan kimia, tidak-toksikan, pemalar dielektrik rendah dan kerintangan elektrik yang tinggi, telah menjadi bahan kritikal untuk pembungkusan elektronik dan pengurusan haba. Walau bagaimanapun, serbuk AlN terdedah kepada hidrolisis dalam aplikasi praktikal. Apabila terdedah kepada udara lembap, permukaannya mengalami tindak balas tidak boleh balik dengan air, menghasilkan aluminium hidroksida [Al(OH)₃], AlOOH dan produk lain. Ini membawa kepada kekosongan nitrogen, peningkatan keliangan dan kandungan oksigen dalam seramik AlN yang disinter kemudiannya, kejatuhan ketara dalam kekonduksian terma, dan juga pembebasan gas ammonia semasa penggunaan, yang boleh menjejaskan komponen sekeliling (cth, pemangkin platinum keracunan). Oleh itu, mencari kaedah anti-hidrolisis yang sesuai adalah penting untuk pembangunan AlN.
Kelakuan Hidrolisis Aluminium Nitrida
Tingkah laku hidrolisis AlN boleh dibahagikan secara kasar kepada tiga peringkat ciri:
(1) Tempoh aruhan: Sebatian hidroksida (AHC) amorfus sedia ada (AHC) sedia ada pada permukaan AlN larut perlahan-lahan, dan pH sebahagian besarnya kekal stabil (bertahan 17–180 min pada suhu bilik; tempoh aruhan hilang pada 90 darjah ).
(2) Tempoh tindak balas pantas: Selepas AHC larut, permukaan AlN terdedah dan mengalami hidrolisis pantas untuk membentuk AlOOH amorf, yang kemudiannya berubah menjadi kristal boehmite (AlOOH). pH meningkat secara mendadak kepada 9–10.
(3) Tempoh penstabilan produk: Pada suhu rendah (22–50 darjah ), boehmite terus larut dan terhablur semula menjadi bayerit ( -Al(OH)₃). Pada suhu tinggi (80–90 darjah ), boehmite kekal stabil dan tiada bentuk bayerit.
Faktor Utama Yang Mempengaruhi Proses Hidrolisis
1. Faktor persekitaran: Medium persekitaran adalah faktor utama yang menentukan tempoh setiap peringkat dan sifat produk hidrolisis.
(1) Suhu: Fukumoto et al. mendapati bahawa apabila suhu di bawah 77.85 darjah , hasil hidrolisis akhir ialah Al(OH)₃; melebihi 77.85 darjah, produk utama ialah AlOOH. Asid kuat (cth, HCl) atau bes kuat (cth, NaOH) mempercepatkan hidrolisis, manakala asid sederhana kuat (cth, H₃PO₄) boleh menghalang hidrolisis dengan membentuk lapisan fosfat pelindung.
(2) pH: Kocjan mendapati bahawa pH awal tidak mengubah kadar hidrolisis keseluruhan, tetapi pada pH=10 tempoh aruhan dihapuskan (AHC amorf tidak boleh wujud secara stabil dalam keadaan beralkali). Dalam persekitaran berasid pH=1–3, ion H⁺ boleh bergabung dengan OH⁻ pada permukaan AlN, melambatkan hidrolisis.
(3) Suasana: Hou et al. mengkaji-persekitaran suhu tinggi (1000–1150 darjah ) dan mendapati bahawa kerana H₂O menggalakkan resapan ke dalam H⁺, kecenderungan hidrolisis/pengoksidaan AlN adalah tertinggi dalam atmosfera Ar–20 vol% H₂O, dengan peningkatan jisim sebanyak 21.1% selepas 15 jam. Dalam atmosfera H₂O udara–20 vol%, O₂ bersaing dengan H₂O, menghasilkan peningkatan jisim sebanyak 12.0% sahaja, menunjukkan bahawa oksigen menindas hidrolisis suhu{11}tinggi.
2. Saiz zarah: Kajian telah menunjukkan bahawa kadar hidrolisis AlN bersaiz nano-adalah 5–10 kali lebih cepat daripada AlN bersaiz submikron-. Hidrolisis bermula pada kecacatan permukaan seperti langkah, menunjukkan pengaruh ketara saiz zarah dan morfologi permukaan ke atas kinetik hidrolisis.
3. Preparation process: Currently, the industrial production of AlN powder is dominated by carbothermal reduction and direct nitridation methods. Li et al. found that AlN prepared by carbothermal reduction has a stable γ-Al₂O₃ layer on its surface, resulting in the longest induction period (>24 h), manakala tempoh induksi untuk AlN yang disediakan oleh nitridasi langsung hanya 6 jam.