BOORINITRIDI (BN): RAKENNE, OMINAISUUDET, TUOTANTO, KÄYTTÖ - FYYSINEN - 2026

Boorinitridi on epäorgaaninen kiinteä aine on muodostettu liitto booriatomi (B), jossa on typpiatomi (N). Sen kemiallinen kaava on BN. Se on valkoinen kiinteä aine, joka kestää hyvin korkeita lämpötiloja ja on hyvä lämmönjohdin. Sitä käytetään esimerkiksi laboratorioupokkaiden valmistukseen.

Boorinitridi (BN) on resistentti monille hapoille, mutta sillä on tietty heikkous fluorivetyhapon ja sulan emäksen hyökkäyksissä. Se on hyvä sähköneristin.

Boorinitridin (BN) rakenne. Akeramop. Lähde: Wikimedia Commons.

Sitä saadaan erilaisissa kiteisissä rakenteissa, joista tärkeimmät ovat kuusikulmaiset ja kuutiomaiset. Kuusikulmainen rakenne muistuttaa grafiittia ja on liukas, joten sitä käytetään voiteluaineena.

Kuutiorakenne on melkein yhtä kova kuin timantti, ja sitä käytetään leikkuutyökalujen valmistukseen ja muiden materiaalien lujuuden parantamiseen.

Boorinitridi voi tehdä mikroskooppisia (erittäin ohuita) putkia, joita kutsutaan nanoputkiksi, jotka ovat lääketieteellisiä sovelluksia, kuten kuljettaa kehossa ja vapauttaa lääkkeitä syöpäkasvaimia vastaan.

Rakenne

Boorinitridi (BN) on yhdiste, jossa boori- ja typpiatomit ovat sitoutuneet kovalenttisesti kolmoissidoksella.

Eristetyssä boorinitridimolekyylissä on booriatomi ja typpiatomi, joka on liitetty kolmoissidolla. Benjah-bmm27. Lähde: Wikimedia Commons.

Kiinteässä faasissa BN koostuu yhtä suuresta määrästä boori- ja typpiatomeja 6-jäsenisten renkaiden muodossa.

BN-renkaan resonanssirakenteet. Kirjoittaja: Teachi. Lähde: Wikimedia Commons.

BN esiintyy neljässä kiteisessä muodossa: heksagonaalinen (h-BN), joka on samanlainen kuin grafiitti, kuutio (c-BN), joka on samanlainen kuin timantti, rhboboedri (r-BN) ja wurtsiitti (w-BN).

H-BN: n rakenne on samanlainen kuin grafiitin, ts. Siinä on kuusikulmaisten renkaiden tasot, joissa on vuorottelevat boori- ja typpiatomit.

Rakenne erillisten heksagonaalisten boorinitridien tasojen muodossa. Benjah-bmm27. Lähde: Wikimedia Commons.

H-BN: n lentokoneiden välillä on suuri etäisyys, mikä viittaa siihen, että niitä yhdistävät vain van der Waals -voimat, jotka ovat erittäin heikkoja houkuttelevia voimia ja koneet voivat helposti liukua toistensa yli.

Tästä syystä h-BN on kermainen kosketus.

Kuutio BN c-BN: n rakenne on samanlainen kuin timantti.

Vertailu kuutiollisen boorinitridin (vasen) ja kuusikulmaisen (oikealla) välillä. Lähettäjä: Benutzer: Oddball, vektoriversio Chris 論. Lähde: Wikimedia Commons.

nimistö

Boorinitridi

ominaisuudet

Fyysinen tila

Rasvainen valkoinen kiinteä tai liukas kosketus.

Molekyylipaino

24,82 g / mol

Sulamispiste

Sublimoituu noin 3000 ºC: n lämpötilassa.

Tiheys

Hex BN = 2,25 g / cm ³

Kuutio BN = 3,47 g / cm ³

Liukoisuus

Liukenee heikosti kuumaan alkoholiin.

Kemiallisia ominaisuuksia

Typen ja boorin välisen vahvan sidoksen (kolmoissidoksen) ansiosta boorinitridillä on korkea vastustuskyky kemialliselle hyökkäykselle ja se on erittäin vakaa.

Se ei liukene happoja, kuten suolahappoa,, typpihappo HNO _3, ja rikkihappoa H ₂ SO ₄. Mutta se liukenee sulaan emäkseen, kuten litiumhydroksidiin LiOH, kaliumhydroksidiin KOH ja natriumhydroksidiin NaOH.

Se ei reagoi useimpien metallien, lasien tai suolojen kanssa. Joskus se reagoi fosforihapon H ₃ PO _{4 kanssa}. Se voi vastustaa hapettumista korkeissa lämpötiloissa. BN on stabiilia ilmassa, mutta hydrolysoituu hitaasti vedellä.

BN hyökkää fluorikaasu F ₂ ja fluorivetyhappo HF.

Muut fysikaaliset ominaisuudet

Sillä on korkea lämmönjohtavuus, korkea lämpöstabiilisuus ja korkea sähkövastus, ts. Se on hyvä eristys sähkolle. Sillä on suuri pinta-ala.

H-BN (kuusikulmainen BN) on koskettamattoman kiinteä kiinteä aine, samanlainen kuin grafiitti.

Kuumennettaessa h-BN: tä korotetussa lämpötilassa ja paineessa se muuttuu kuutioksi c-BN, joka on erittäin kova. Joidenkin lähteiden mukaan se pystyy naarmuttamaan timanttia.

BN-pohjaisilla materiaaleilla on kyky absorboida epäorgaanisia epäpuhtauksia (kuten raskasmetalli-ioneja) ja orgaanisia epäpuhtauksia (kuten väriaineita ja lääkemolekyylejä).

Sorptio tarkoittaa, että olet vuorovaikutuksessa heidän kanssaan ja voit adsorboida tai absorboida heidät.

Saada

H-BN jauhe valmistetaan saattamalla booritrioksidia B ₂ O ₃ tai boorihappoa H ₃ BO ₃ ammoniakin NH ₃ tai urealla NH ₂ (CO) NH ₂ typpi-ilmakehässä N ₂.

Myös BN voidaan saada saattamalla boori reagoimaan ammoniakin kanssa erittäin korkeassa lämpötilassa.

Toinen tapa valmistaa se on diboraanista B ₂ H ₆ ja NH ₃ ammoniakki käyttämällä inerttiä kaasua ja korkeita lämpötiloja (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

Sovellukset

H-BN: llä (kuusikulmaisella boorinitridillä) on useita tärkeitä sovelluksia ominaisuuksiensa perusteella:

- Kuten kiinteä voiteluaine

- Kosmetiikan lisäaineena

- Korkean lämpötilan sähköeristeissä

-Upokkaissa ja reaktioastioissa

-Muotteissa ja höyrystysastioissa

-Vetyvarastolle

-Katalyysi

-Absorboida jätevesien epäpuhtaudet

Kuutioboorinitridiä (c-BN) sen kovuus, joka on lähes yhtä suuri kuin timanttia, käytetään:

- Leikkaustyökaluissa kovien rautametallien, kuten kovan seosteräksen, valuraudan ja työkaluterästen, työstöön

- Muiden kovien materiaalien, kuten tiettyjen keraamien leikkaustyökalujen, kovuuden ja kulutuskestävyyden parantamiseksi.

Jotkut leikkuutyökalut voivat sisältää boorinitridiä kovuuden lisäämiseksi. Kirjoittaja: Michael Schwarzenberger. Lähde: Pixabay.

- BN-ohutkalvojen käyttö

Ne ovat erittäin hyödyllisiä puolijohdelaitteiden tekniikassa, jotka ovat elektronisten laitteiden komponentteja. He palvelevat esimerkiksi:

- Litteiden diodien valmistamiseksi; diodit ovat laitteita, jotka antavat sähkön kiertää vain yhteen suuntaan

-Metallieriste-puolijohdemuistidiodeissa, kuten Al-BN-SiO ₂ -Si

-Integroiduissa piireissä jännitteenrajoitimena

-Nopeuttaa tiettyjen materiaalien kovuutta

-Suojata joitain materiaaleja hapettumiselta

-Näytetään monentyyppisten laitteiden kemiallista stabiilisuutta ja sähköeristystä

- Ohutkalvokondensaattorit

Jotkut diodit ja kondensaattorit voivat sisältää boorinitridiä. Kirjoittaja: Sinisa Maric. Lähde: Pixabay.

- BN-nanoputkien käyttö

Nanoputket ovat rakenteita, jotka ovat molekyylitasolla putkien muotoisia. Ne ovat niin pieniä putkia, että ne voidaan nähdä vain erityisillä mikroskoopeilla.

Tässä on joitain BN-nanoputkien ominaisuuksia:

-Neillä on korkea hydrofobisuus, ts. Ne hylkivät veden

-Neillä on korkea hapettumisen ja lämmönkestävyys (ne kestävät hapettumista jopa 1000 ° C: seen saakka)

-Näytä suuri vedyn varastointikapasiteetti

-Absorboiva säteily

-Ne ovat erittäin hyviä sähköneristeitä

-Neillä on korkea lämmönjohtavuus

-Se on erinomainen hapettumisenkestävyys korkeissa lämpötiloissa, joten sitä voidaan käyttää pintojen hapetusstabiilisuuden lisäämiseen.

- Niiden hydrofobisuuden vuoksi niitä voidaan käyttää superhydrofobisten pintojen valmistukseen, ts. Niillä ei ole affiniteettia veteen ja vesi ei tunkeudu niihin.

-BN-nanoputket parantavat tiettyjen materiaalien ominaisuuksia, esimerkiksi sitä on käytetty parantamaan lasin kovuutta ja murtokestävyyttä.

Boorinitridin nanoputket havaittu mikroskoopilla. Keun Su Kim et ai.. Lähde: Wikimedia Commons.

Lääketieteellisissä sovelluksissa

BN-nanoputket on testattu kantajina syöpälääkkeille, kuten doksorubisiini. Tietyt koostumukset näiden materiaalien kanssa lisäsivät kemoterapian tehokkuutta mainitulla lääkkeellä.

Useissa kokemuksissa BN-nanoputkien on osoitettu kykenevän kuljettamaan uusia lääkkeitä ja vapauttamaan ne kunnolla.

BN-nanoputkien käyttöä polymeerisissä biomateriaaleissa on tutkittu niiden kovuuden, hajoamisnopeuden ja kestävyyden lisäämiseksi. Nämä ovat materiaaleja, joita käytetään esimerkiksi ortopedisissa implantteissa.

Antureina

BN-nanoputkia on käytetty uusien laitteiden rakentamiseen kosteuden, hiilidioksidin CO ₂: n havaitsemiseksi ja kliiniseen diagnostiikkaan. Nämä anturit ovat osoittaneet nopean vasteen ja lyhyen palautumisajan.

BN-materiaalien mahdollinen myrkyllisyys

BN-nanoputkien mahdolliset toksiset vaikutukset ovat huolestuneita. Niiden sytotoksisuudesta ei ole selvää yksimielisyyttä, koska jotkut tutkimukset osoittavat niiden olevan myrkyllisiä soluille, kun taas toiset osoittavat päinvastaista.

Tämä johtuu sen hydrofobisuudesta tai liukenemattomuudesta veteen, koska se vaikeuttaa biologisten materiaalien tutkimusta.

Jotkut tutkijat ovat päällystäneet BN-nanoputkien pinnan muilla yhdisteillä, jotka edistävät niiden liukoisuutta veteen, mutta tämä on lisännyt kokemuksiin lisää epävarmuutta.

Vaikka useimpien tutkimusten mukaan sen toksisuus on alhainen, arvioidaan, että tarkempia tutkimuksia olisi tehtävä.

Viitteet

1. Xiong, J. et ai. (2020). Kuusikulmainen boorinitridi-adsorbentti: Synteesi, suorituskyvyn räätälöinti ja sovellukset. Journal of Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Palautettu lukijalta.elsevier.com.
2. Mukasyan, AS (2017). Boorinitridi. Itsesyntyisen korkean lämpötilan synteesin tiivis tietosanakirja. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
3. Kalay, S. et ai. (2015). Boorinitridin nanoputkien synteesi ja niiden sovellukset. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Palautettu osoitteesta ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arya, SPS (1988). Boorinitridi-ohutkalvojen valmistus, ominaisuudet ja sovellukset. Thin Solid Films, 157 (1988) 267 - 282. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
5. Zhang, J. et ai. (2014). Kuutioboorinitridipitoiset keraamiset matriisikomposiitit leikkaustyökaluille. Kehittyneinä keraamisissa matriisikomposiiteissa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert ja Wilkinson, Geoffrey. (1980). Kehittynyt epäorgaaninen kemia. Neljäs painos. John Wiley & Sons.
7. Sudarsan, V. (2017). Materiaalit haitallisille kemiallisille ympäristöille. Materiaaleissa äärimmäisissä olosuhteissa. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com
8. Dean, JA (toimittaja) (1973). Langen kemian käsikirja. McGraw-Hill Company.
9. Mahan, BH (1968). Yliopistokemia. Fondo Educativo Interamericano, SA