nitrure de bore Il est largement utilisé en nanoélectronique, photonique, cosmétique et céramique. Sa dureté est presque égale à celle du diamant. Le nitrure de bore est très résistant et sa faible densité en fait un matériau léger et très résistant. Il est reconnu pour son utilisation dans les céramiques techniques.
Qu'est-ce que le nitrure de bore ?
nitrure de bore C'est un composé inorganique. Son cristal est composé de bore et d'azote, de formule chimique BN. Sa structure cristalline particulière est analogue à celle du graphite. Ses excellentes propriétés chimiques et thermiques sont principalement dues à sa structure cristalline où le bore est lié covalentement à l'azote. Le nitrure de bore est synthétisé en laboratoire en raison de sa rareté dans la nature. Il existe de nombreuses formes de nitrure de bore.
Chaque forme de nitrure de bore possède ses propres propriétés et applications. Les principaux types, leur structure et leurs applications sont présentés dans le tableau suivant :
Synthèse du nitrure de bore
Étant donné que le BN n’existe pas en quantités utilisables dans la nature, tout nitrure de bore commercial doit être soigneusement synthétiser du nitrure de bore. Préparation du nitrure de bore cela dépend de la forme que vous souhaitez :
Production de nitrure de bore hexagonal (h-BN)
Nitrure de bore hexagonal (h-BN) est produit par des procédés d'assemblage physiques ou chimiques. La méthode la plus courante consiste à mélanger de l'acide borique (H₃BO₃) ou de l'oxyde de bore (B₂O₃) avec de l'ammoniac (NH₃) ou de l'urée. Cette réaction se produit à une température très élevée, de 800 à 1 200 °C.
B₂O₃ + 2NH₃ → 2BN + 3H₂O
Ce processus se produit généralement dans une atmosphère d'azote. Cette réaction produit un nitrure de bore blanc hexagonal poudre qui peut être pressée et utilisée dans diverses applications lorsqu'elle est chaude.
Un peu intéressant, les fabricants doivent souvent ajouter quelque chose comme du phosphate de calcium dans ce processus. Composés du bore fondent à des températures assez basses, de sorte qu'ils s'écoulent ensemble avant de réagir correctement.
Production de nitrure de bore cubique (c-BN)
La synthèse du nitrure de bore (c-BN) nécessite une pression et une température plus élevées. Le procédé commence généralement avec de la poudre de nitrure de bore h-BN, puis suit les étapes suivantes :
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Ajoutez des catalyseurs (généralement des métaux alcalins ou des métaux alcalins du sol).
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Utilisation d'une très haute pression (5 GPa, soit environ 50 000 fois la pression normale)
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Chauffer d'environ 1500 à 2000.
Dans des conditions aussi extrêmes, la structure cristalline à six voies se transforme en cristal cubique, comme le graphite qui devient diamant.
Nouvelles méthodes de fabrication
Les nouvelles méthodes de production de nitrure de bore comprennent :
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Méthode de croissance chimique en phase vapeur (CVD) particulièrement adaptée à la production de films minces et de revêtements en nitrure de bore.
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Méthode vapeur sous pression/condensateur pour des résultats plus purs
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Méthode d'épitaxie pour applications spéciales applications électroniques du nitrure de bore
Chaque méthode présente ses propres avantages uniques en matière de contrôle de la pureté, de la taille des cristaux et de la structure du nitrure de bore.
Propriétés qui rendent le nitrure de bore spécial
Le nitrure de bore possède des propriétés uniques qui le rendent de plus en plus populaire dans divers secteurs. Examinons ses caractéristiques :
Nitrure de bore hexagonal (h-BN)
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Apparence: Poudre de nitrure de bore blanche et glissante (ressemble au talc)
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Structure: motif hexagonal en couches (comme le graphite, alternance d'atomes B et N)
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Densité: Le nitrure de bore est un composé dense dont la densité est d'environ 2,1 g/cm³.
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Conductivité thermique du nitrure de bore : Transmet bien la chaleur le long de la surface (jusqu'à W/m·K)
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Isolation électrique au nitrure de bore : Excellent isolant avec une large bande interdite (~ 5,9 ev).
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Lubricité: faible frottement, en particulier à haute température
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Résistance chimique : ne réagit pas avec la plupart des acides et des métaux en fusion
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Stabilité thermique : Jusqu'à 1000°C dans l'air et jusqu'à 2800°C dans un gaz inerte
Je me suis toujours posé la question. La structure h-BN présente une conductivité thermique très élevée, mais offre une excellente isolation électrique au nitrure de bore.
Nitrure de bore cubique (c-BN)
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Aspect Cristaux ambrés à noirs
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Ressemble à un diamant au niveau atomique structurel
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La densité du nitrure de bore est d'environ 3,48 g/cm³, ce qui est nettement supérieur à celui du h-BN.
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Dureté Extrêmement dur (dureté de Mohs ~ 9.5)
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Conductivité thermique du nitrure de bore : transmet bien la chaleur dans toutes les directions (~ W/m·K)
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Stabilité chimique Température plus élevée que le diamant
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Résistance à l'oxydation : résistance à l'oxydation jusqu'à 1300°C
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Propriétés électriques Un dopant pour fabriquer des semi-conducteurs est possible
Le c-BN ne réagit pas avec les matériaux contenant du fer à haute température, contrairement aux diamants. Le c-BN peut donc vous aider à couper l'acier.
Pour mieux comprendre les propriétés, comparons les différentes formes dans le tableau ci-dessous :
Exemples d'utilisation réelle
Vous serez peut-être surpris d'apprendre que de nombreuses industries utilisent le nitrure de bore. Voici les applications possibles :
Fabrication et travail des métaux
Cristaux cubiques de nitrure de bore peut aider les industries à obtenir de meilleurs résultats dans les applications suivantes :
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Outils de coupe pour acier trempé
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Pierre à aiguiser robuste pour le métal
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Usinage de haute précision qui ne fonctionne pas bien avec les diamants
La forme du h-BN est également utile :
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Lubrifiant haute température dans le moulage des métaux
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Démoulage lors du moulage
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Creuset pour la fusion des métaux
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Revêtement en nitrure de bore pour la protection contre l'usure et la corrosion
En électronique et gestion thermique
Les deux formes de nitrure de bore peuvent aider vos appareils électroniques à refroidir et à fonctionner normalement :
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Matériaux entre les composants à haute température et les dissipateurs thermiques utilisant la conductivité thermique élevée du nitrure de bore
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Surface de l'appareil électronique
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Couche isolante du condensateur utilisant une excellente isolation électrique en nitrure de bore
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Matériau pour diffuser la chaleur de l'éclairage LED
nitrure hexagonal de bore fonctionne particulièrement bien comme base pour le graphène et d'autres matériaux électroniques bidimensionnels, tels que les échelles atomiques plates.
Dans les cosmétiques (surprenant, non ?)
Étonnamment, le nitrure de bore peut améliorer les performances des produits cosmétiques. La forme h-BN est largement utilisée en maquillage car elle :
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Crée une sensation douce et soyeuse
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Aide les produits à se répartir uniformément
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Absorbe l'huile de la peau
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Rend les ridules moins visibles
La prochaine fois que vous choisirez un fond de teint, un fard à paupières ou une poudre pour le visage, vérifiez les ingrédients dans lesquels vous pourriez repérer du nitrure de bore dans les cosmétiques.
Dans les applications aérospatiales et à haute température
nitrure de bore la capacité à gérer des températures extrêmes peut aider les applications aérospatiales dans :
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Systèmes qui protègent les engins spatiaux de la chaleur
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Pièces de moteurs de fusée
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Isolation qui fonctionne à haute température
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Composants des turbines à gaz
Dans les domaines de recherche
Les scientifiques découvrent de nouvelles utilisations du nitrure de bore dans:
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nitrure de bore nanotubes (comme les nanotubes de carbone mais plus stables)
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Dispositifs à couches minces pour informatique quantique
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Implants médicaux compatibles avec le corps
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Nouveaux types de batteries et de stockage d'énergie
Orientations futures
Les recherches en cours sur le nitrure de bore peuvent aider les industries à développer de nouvelles applications dans :
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Matériaux 2D : Feuilles h-BN ultra-minces pour l'électronique de nouvelle génération
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Nanotubes de nitrure de bore : Versions BN de nanotubes de carbone avec traitement thermique supérieur
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Applications quantiques : Utilisation du h-BN pour protéger les matériaux quantiques
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Applications biomédicales : Administration de médicaments et imagerie médicale Explorer le potentiel du BN dans
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Stockage d'énergie : composants avancés de batterie et de condensateur
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Nitrure de bore avancé technologie de revêtement pour améliorer la protection des matériaux.
Le coût de production reste un défi, en particulier avec nitrure de bore cubique. Cependant, les recherches se poursuivent sur des solutions plus efficaces. méthodes de synthèse du nitrure de bore, ce qui pourrait rendre ce merveilleux matériel plus accessible.
Conclusion
En raison de sa combinaison unique de propriétés, nitrure de bore peut contribuer à résoudre des défis dans de nombreux secteurs, des outils de coupe aux cosmétiques. Avec l'amélioration de la fabrication, ce matériau exceptionnel trouvera sa place dans un nombre croissant de produits.
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