Нитрид бора: описание, физико-химический состав и свойства
Нитрид бора заменил оксид алюминия при шлифовании закаленной стали благодаря своим превосходным абразивным свойствам, которые можно сравнить со свойствами алмаза. Вы можете приобрести нитрид бора у производителя по наиболее выгодной цене.
Нитрид бора используется в промышленности для придания формы инструментам, поскольку он может выдерживать температуры выше 2000 °C.
Физико-химический состав и свойства нитрида бора
Нитрид Бора (BN) совсем не похож на другие двухатомные молекулы, например, оксид углерода (CO) и хлористый водород (HCl). Скорее, он имеет много общего с углеродом. BN, как и углерод, имеет несколько структурных форм. Самая стабильная структура – hBN изоэлектрона графита, имеет такую же гексагональную структуру. hBN также может быть получен в виде графеноподобных листов, которые могут быть сформированы в нанотрубки.
Нитрид бора синтезируется путем реакции предшественника бора (борной кислоты или триоксида бора) с азотсодержащим реагентом (мочевина или аммиак) с азотом. Эта реакция дает аморфный нитрид бора, содержащий следовые количества примесей триоксида бора, который может быть дополнительно очищен выпариванием при нагревании выше 1500 °C. Все методы синтеза дают несколько загрязненный aBN, который очищают и превращают в hBN путем нагревания при температурах выше, чем та, которая использовалось при синтезе. Аналогично получению синтетического алмаза hBN превращается в cBN под высоким давлением и температурой.
Характеристики
Можно выделить следующие базовые характеристики BN:
- Высокая термическая стабильность. Вещество стабильно примерно до 3000 °C в инертной атмосфере.
- Высокая коррозионная стойкость. Наблюдается устойчивость к воздействию большинства органических растворителей, агрессивных химикатов, не смачивается большинством расплавленных металлов и стекла.
- Высокие электрические характеристики. Имеет высокую электрическую изоляцию, сопротивление напряжению при высоких температурах. Предполагает отсутствие изменений диэлектрической проницаемости, диэлектрических потерь вплоть до высокочастотной области.
- Высокая смазывающая способность. Коэффициент трения не меняется до достаточно высоких температур в среде азота
- Высокая теплопроводность и высокое тепловое излучение. Высокая теплопроводность и высокое тепловое излучение могут применяться к различным типам радиаторов отопления.
Формы нитрида бора
- Гексагональный. Гексагональный нитрид бора hBN (белый графит) является обычным полиморфом. Его кристаллическая решетка считается наиболее простой среди структур слоистого типа, обладает уникальной последовательностью наложения гексагональных слоев.
- Кубический. Кубический BN (cBN) изоэлектронен алмазу. Он не такой твердый, но более термически и химически устойчивый. В отличие от алмаза он не растворяется в металлах при высоких температурах, что делает его пригодным для использования в качестве металлического покрытия, устойчивого к абразивному износу и окислению.
- Аморфный. Некристаллическая форма нитрида бора, по структуре и свойствам сопоставима с аморфным углеродом.
- Атомарно тонкий. Несмотря на свои ультратонкие свойства, этот полиморф BN характеризуется высокой теплопроводностью, повышенной поверхностной адсорбцией, хорошими диэлектрическими свойствами.
В последнее время нанотрубки стали одними из наиболее востребованных материалов благодаря использованию нитрида бора. Эта свернутая форма гексагонального BN по структуре похожа на углеродные нанотрубки. Однако нанотрубки BN имеют более высокую электрическую изоляцию, а также высокую стойкость к нагреванию, химическим реакциям.
Наноматериалы гексагонального нитрида бора (h-BN):
- нанотрубки нитрида бора,
- нановолокна нитрида бора,
- нанолисты нитрида бора.
Их уникальные свойства, в том числе высокая механическая жесткость, широкая запрещенная зона, отличная теплопроводность и термическая стабильность, позволяют применять продукты в различных сферах промышленности. В частности, наноматериалы h-BN широко используются в качестве функциональных наполнителей для изготовления высокоэффективных полимерных нанокомпозитов.
Как и другим наноматериалам, перед их использованием в нанокомпозитах часто требуется модификация поверхности h-BN, чтобы предотвратить их сильную тенденцию к агрегированию, повысить дисперсионные и межфазные свойства в полимерных нанокомпозитах.
Применение
Благодаря особой неметаллической полярной связи между элементом III группы (с определенными металлическими свойствами) бором (B) и элементом V группы азота (N) нитрид бора (BN) обладает уникальными физическими и химическими свойствами.
Его уникальная ламеллярная, ретикулярная и трубчатая морфология, физико-химические свойства делают его привлекательным в областях адсорбции, катализа, хранения водорода, теплопроводности, изоляции, диэлектрической подложки электронных устройств, радиационной защиты, полимерных композитов, медицины и т.д.
