Брзи развој технологија као што су вештачка интелигенција, 5Г комуникације и нова енергетска возила довео је до сталног повећања густине снаге и нивоа интеграције у електронским уређајима, чинећи „диспирање топлоте“ кључним фактором који ограничава перформансе уређаја. У поређењу са традиционалним материјалима као што су Ал₂О₃, БеО и СиЦ, АлН (алуминијум-нитрид), са својом одличном топлотном проводљивошћу, високом механичком чврстоћом, добрим усклађивањем термичког ширења, хемијском стабилношћу, не-токсичношћу, ниском диелектричном константом и високом електричном отпорношћу, постао је критичан материјал за електронско паковање и управљање топлотом. Међутим, АлН прах је склон хидролизи у практичним применама. Када је изложена влажном ваздуху, његова површина пролази кроз неповратну реакцију са водом, стварајући алуминијум хидроксид [Ал(ОХ)₃], АлООХ и друге производе. Ово доводи до слободних места за азот, повећане порозности и садржаја кисеоника у накнадно синтерованој АлН керамици, значајног пада топлотне проводљивости, па чак и до ослобађања гаса амонијака током употребе, што може утицати на околне компоненте (нпр. тровање платинских катализатора). Стога је проналажење одговарајућих метода против -хидролизе кључно за развој АлН.
Хидролизно понашање алуминијум нитрида
Понашање хидролизе АлН може се грубо поделити у три карактеристичне фазе:
(1) Период индукције: Раније-постојеће једињење аморфног хидроксида (АХЦ) на површини АлН се споро раствара, а пХ остаје углавном стабилан (траје 17–180 мин на собној температури; период индукције нестаје на 90 степени).
(2) Период брзе реакције: Након што се АХЦ раствори, површина АлН је изложена и брзо се хидролизује да би се формирао аморфни АлООХ, који се затим трансформише у кристални бемит (АлООХ). пХ нагло расте на 9-10.
(3) Период стабилизације производа: На ниским температурама (22–50 степени), бемит се даље раствара и рекристализује у бајерит (-Ал(ОХ)₃). На високим температурама (80-90 степени), бемит остаје стабилан и не формира се бајерит.
Кључни фактори који утичу на процес хидролизе
1. Фактори животне средине: Медијум животне средине је кључни фактор који одређује трајање сваке фазе и природу производа хидролизе.
(1) Температура: Фукумото ет ал. открили да када је температура испод 77,85 степени, коначни производ хидролизе је Ал(ОХ)₃; изнад 77,85 степени, главни производ је АлООХ. Јаке киселине (нпр. ХЦл) или јаке базе (нпр. НаОХ) убрзавају хидролизу, док умерено јаке киселине (нпр. Х₃ПО₄) могу инхибирати хидролизу формирањем заштитног фосфатног слоја.
(2) пХ: Коцјан је открио да почетни пХ не мења укупну брзину хидролизе, али при пХ=10 период индукције је елиминисан (аморфни АХЦ не може постојати стабилно у алкалним условима). У киселим срединама пХ=1–3, Х⁺ јони могу да се комбинују са ОХ⁻ на површини АлН, одлажући хидролизу.
(3) Атмосфера: Хоу ет ал. проучавали су окружења са високом-температуром (1000–1150 степени) и открили да пошто Х₂О промовише унутрашњу дифузију Х⁺, склоност хидролизи/оксидацији АлН је највећа у атмосфери Ар–20 вол% Х2О, са повећањем масе од 21,1% после 15 сати. У атмосфери ваздуха од 20 вол% Х₂О, О₂ се такмичи са Х2О, што доводи до повећања масе од само 12,0%, што указује да кисеоник потискује хидролизу на високим{11}}има.
2. Величина честица: Студије су показале да је брзина хидролизе нано-АлН-а 5-10 пута бржа од оне субмикронске-АлН величине. Хидролиза почиње на површинским дефектима као што су степенице, што показује значајан утицај величине честица и морфологије површине на кинетику хидролизе.
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 х), док је период индукције за АлН припремљен директном нитридацијом само 6 х.