科研人员发现GaN耐磨性接近钻石，或可用于触摸屏等

　　目前，氮化镓（GaN）已成为最重要、最广泛应用的半导体材料之一。其光电性能和机械性能使其成为多种应用的理想选择，包括发光二极管（LED）、高温晶体管、传感器以及与人体生物相容的电子植入物。

　　三名日本科学家由于发现GaN在产生蓝光LED灯中的重要作用而获得了2014年的诺贝尔物理学奖。结合红光和绿光产生白光LED光源，蓝光是必不可少的。

　　最近，四名理海大学的工程师报道了一个GaN前所未知的属性：其耐磨性接近钻石，而且为触摸屏、空间飞行器和射频微机电系统（RF MEMS）这些需要高速、高振动技术的应用开辟了新市场。

　　八月份，该研究团队将他们的发现发表在了Applied Physics Letters（APL）上，题目为“Ultralow wear of gallium nitride”。文章的作者是机械工程博士生曾国松（Guosong Zeng），Nelson Tansu, Daniel E.’39，光子学与电子学的中心主任（CPN）、电气与计算机工程系的客座教授Patricia M. Smith，机械工程与力学系助理教授Brandon A. Krick，以及克拉克森大学电子与计算机工程系的助理教授Chee-Keong Tan’16博士。

机械工程博士生曾国松（Guosong Zeng）

　　该文章的第一作者Zeng表示：“GaN的电子和光学性质近几十年来已被广泛研究，但实际上在其摩擦学性能，即其所施加的往复滑动的机械耐磨性方面几乎没有研究。我们小组是第一次研究GaN的耐磨性能，并发现其磨损率接近已知的最硬的材料钻石。”

　　磨损率表示为mm3/Nm。实际上粉笔的磨损率大约102 mm3/Nm，几乎没有耐磨性，而钻石的磨损率在10-9与10-10之间，比粉笔的磨损率高出八个数量级。GaN的磨损率在10-7-10-9之间，比钻石高三到五个数量级，比硅（10-4）的耐磨性更高。

　　理海大学的研究人员使用定制的微型摩擦针进行干滑动磨损试验，测量了GaN的摩擦系数和磨损率，而结果使他们感到惊讶。他们在论文中写道，当对未知材料进行磨损测量时，我们通常滑动1000个周期，然后测量磨痕。为了达到能被光学表面光度仪测量，实验已经被提高到30,000个周期。 在磨损率（约两个数量级）的大范围内，可以深入了解GaN的磨损机制。而磨损率的范围，是由几个因素影响的，包括环境因素和晶体方向，尤其是湿度的影响。

　　“我们第一次观察到GaN的超低磨损率是在冬天，而在夏天，材料的磨损率增加了两个数量级，结果不能重复。”Zeng说。为了研究夏季的高湿度是如何影响GaN的磨损性能的，研究人员把他们的摩擦计放在一个可以用氮气或潮湿空气回填的手套箱中。“我们观察到，当我们增加手套箱内的湿度， GaN的磨损率也随之增加。”Zeng说。