Nitruro de boro Se utiliza ampliamente en nanoelectrónica, fotónica, cosmética y cerámica. Su dureza es casi igual a la del diamante. El nitruro de boro es muy resistente y de baja densidad, lo que lo convierte en un material ligero y de alta resistencia. Es bien conocido por su uso en cerámica de ingeniería.
¿Qué es el nitruro de boro?
Nitruro de boro El nitruro de boro es un compuesto inorgánico. Su cristal está compuesto de boro y nitrógeno, con la fórmula química BN. Posee una estructura cristalina especial, análoga a la del grafito. Sus excelentes propiedades químicas y térmicas se deben principalmente a su estructura cristalina, en la que el boro se une covalentemente al nitrógeno. El nitruro de boro se sintetiza en laboratorios debido a su escasez en la naturaleza. El nitruro de boro se puede clasificar en diversas formas.
Cada forma de nitruro de boro tiene sus propias propiedades y aplicaciones. Los principales tipos, su estructura y aplicaciones se detallan en la tabla:
Síntesis de nitruro de boro
Dado que el BN no existe en cantidades que se puedan utilizar en la naturaleza, todo el nitruro de boro comercial debe tratarse con cuidado. Sintetizar nitruro de boro. Preparación de nitruro de boro. Depende de la forma que quieras:
Producción de nitruro de boro hexagonal (h-BN)
Nitruro de boro hexagonal (h-BN) Se produce mediante procesos de ensamblaje físico o químico. El método más común consiste en mezclar ácido bórico (H₃BO₃) u óxido de boro (B₂O₃) con amoníaco (NH₃) o urea. Esta reacción se produce a una temperatura muy alta de 800-1200 °C.
B₂O₃ + 2NH₃ → 2BN + 3H₂O
Este proceso suele ocurrir en una atmósfera de nitrógeno. Esta reacción produce una nitruro de boro blanco hexagonal Polvo que se puede prensar y utilizar en diversas aplicaciones mientras está caliente.
Un dato interesante: a menudo los fabricantes necesitan añadir algo como fosfato de calcio en este proceso. compuestos de boro se funden a temperaturas bastante bajas, por lo que fluyen juntos antes de reaccionar adecuadamente.
Producción de nitruro de boro cúbico (c-BN)
La síntesis de nitruro de boro (c-BN) requiere mayor presión y temperatura. El proceso suele comenzar con nitruro de boro h-BN en polvo y luego sigue:
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Añadir catalizadores (normalmente metales alcalinos o metales alcalinos del suelo).
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Uso de presión muy alta (5 GPa, aproximadamente 50.000 veces la presión normal)
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Calentar desde unos 1500 a 2000ºC.
En condiciones tan extremas, la estructura cristalina de seis vías se transforma en un cristal cúbico, como el grafito se transforma en diamante.
Nuevos métodos de fabricación
Los nuevos métodos de producción de nitruro de boro incluyen:
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Método de crecimiento en fase de vapor químico (CVD) especialmente adecuado para la producción de películas delgadas y recubrimientos de nitruro de boro.
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Método de vapor/condensador presurizado para obtener resultados más puros
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Método de epitaxia para casos especiales Aplicaciones electrónicas del nitruro de boro
Cada método tiene sus propias ventajas únicas en el control de la pureza, el tamaño de los cristales y la estructura del nitruro de boro.
Propiedades que hacen que el nitruro de boro sea especial
El nitruro de boro posee propiedades únicas que lo hacen cada vez más popular en diversas industrias. Analicemos sus características:
Nitruro de boro hexagonal (h-BN)
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Apariencia: Polvo de nitruro de boro blanco y resbaladizo (parece talco)
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Estructura: Patrón hexagonal en capas (como el grafito, con átomos de B y N alternados)
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Densidad: El nitruro de boro es un compuesto denso con una densidad de aproximadamente 2,1 g/cm³.
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Conductividad térmica del nitruro de boro: Transmite bien el calor a lo largo de la superficie (hasta W/m·K)
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Aislamiento eléctrico de nitruro de boro: Excelente aislante con amplio ancho de banda (~5,9 ev).
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Lubricidad: Baja fricción, especialmente a altas temperaturas
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Resistencia química: No reacciona con la mayoría de los ácidos y metales fundidos.
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Estabilidad térmica: Hasta 1000 °C en aire y hasta 2800 °C en gas inerte
Siempre me lo he preguntado. La estructura del h-BN tiene una conductividad térmica muy alta, pero proporciona un excelente aislamiento eléctrico con nitruro de boro.
Nitruro de boro cúbico (c-BN)
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Aspecto Cristales de color ámbar a negro.
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Parece un diamante a nivel atómico estructural.
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La densidad del nitruro de boro es de aproximadamente 3,48 g/cm³, lo que es significativamente mayor que la del h-BN.
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Dureza Extremadamente duro (Dureza de Mohs ~ 9.5)
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Conductividad térmica del nitruro de boro: transmiten bien el calor en todas las direcciones (~ W/m·K)
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Estabilidad química Temperatura más alta que el diamante
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Resistencia a la oxidación: resistencia a la oxidación hasta 1300 °C
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Propiedades eléctricas Es posible obtener dopaje para fabricar semiconductores
El c-BN no reacciona con materiales que contienen hierro a altas temperaturas, pero sí lo hace el diamante. Por lo tanto, el c-BN puede ayudarle a cortar acero.
Para comprender mejor las propiedades, comparemos las diferentes formas en la siguiente tabla:
Ejemplos de uso real
Quizás le sorprenda saber que existen muchas industrias que utilizan nitruro de boro. Aquí es donde se utiliza:
Fabricación y metalurgia
cristales cúbicos de nitruro de boro Puede ayudar a las industrias a lograr mejores resultados en las siguientes aplicaciones:
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Herramientas de corte para acero templado
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Piedra de afilar fuerte para metal
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Mecanizado de alta precisión que no funciona bien con diamantes.
La forma de h-BN también es útil:
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Lubricante de alta temperatura en el moldeo de metales
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Alivio del molde en la fundición
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Crisol para la fusión de metales
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Recubrimiento de nitruro de boro para protección contra el desgaste y la corrosión.
En Electrónica y Gestión Térmica
Ambas formas de nitruro de boro pueden ayudar a que sus dispositivos electrónicos se enfríen y funcionen normalmente:
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Materiales entre componentes de alta temperatura y disipadores de calor que utilizan la alta conductividad térmica del nitruro de boro
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Superficie del dispositivo electrónico
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Capa de aislamiento del condensador que utiliza un excelente aislamiento eléctrico de nitruro de boro.
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Material para difundir el calor de la iluminación LED
Nitruro de boro hexagonal Funciona particularmente bien como base para el grafeno y otros materiales electrónicos bidimensionales, como las escalas atómicas planas.
En cosmética (Sorprendente, ¿verdad?)
Sorprendentemente, el nitruro de boro puede mejorar el rendimiento de los productos cosméticos. La forma h-BN se utiliza ampliamente en maquillaje porque:
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Crea una sensación suave y sedosa.
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Ayuda a que los productos se distribuyan uniformemente
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Absorbe la grasa de la piel.
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Hace que las líneas finas sean menos visibles
La próxima vez que elija una base de maquillaje, una sombra de ojos o polvos faciales, fíjese en los ingredientes en los que podría encontrar nitruro de boro en los cosméticos.
En aplicaciones aeroespaciales y de alta temperatura
Nitruro de boro La capacidad de soportar temperaturas extremas puede ayudar a la aplicación aeroespacial en:
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Sistemas que protegen las naves espaciales del calor
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Piezas de motores de cohetes
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Aislamiento que funciona a altas temperaturas
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Componentes de las turbinas de gas
En los campos de investigación
Los científicos están descubriendo nuevos usos del nitruro de boro en:
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Nitruro de boro nanotubos (como los nanotubos de carbono pero más estables)
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dispositivos de película delgada para computación cuántica
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Implantes médicos compatibles con el cuerpo
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Nuevos tipos de baterías y almacenamiento de energía
Direcciones futuras
La investigación en curso sobre nitruro de boro puede ayudar a las industrias a desarrollar nuevas aplicaciones en:
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Materiales 2D: Láminas ultrafinas de h-BN para la electrónica de próxima generación
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Nanotubos de nitruro de boro: Versiones BN de nanotubos de carbono con procesamiento térmico superior
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Aplicaciones cuánticas: Uso de h-BN para proteger materiales cuánticos
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Aplicaciones biomédicas: Administración de fármacos e imágenes médicas Explorando el potencial de la BN en
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Almacenamiento de energía: Componentes avanzados de baterías y condensadores
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Nitruro de boro avanzado Tecnología de recubrimiento para mejorar la protección del material.
El costo de producción sigue siendo un desafío, especialmente con nitruro de boro cúbicoSin embargo, la investigación continúa para encontrar métodos más eficientes. métodos de síntesis de nitruro de boro, lo que puede hacer más accesible este maravilloso material.
Conclusión
Debido a su combinación única de propiedades, nitruro de boro Puede ayudar a resolver desafíos en numerosas industrias, desde herramientas de corte hasta cosmética. A medida que la fabricación mejora, este increíble material se incorporará a aún más productos.
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