Boron Nitrida Heksagonal vs. Boron Nitrida Kubik

Boron nitrida Polimorf dianggap sebagai janji teknologi dan ilmiah yang besar. Salah satu alasannya adalah stabilitas fase yang luar biasa pada suhu tinggi, kinetika pertumbuhan, kekerasan ekstrem, dan ketahanan terhadap tekanan. Dua polimorf yang paling umum adalah heksagonal (seperti grafit putih) dan boron nitrida kubik (seperti berlian).

Ekspedisi boron nitrida heksagonal vs boron nitrida kubik ini menjelaskan perbedaan antara polimorf berdasarkan hal berikut:

Struktur dan Ikatan

Boron nitrida adalah senyawa keramik yang disintesis dengan mereaksikan asam borat, nitrogen, dan boron oksida secara kimia. Panduan ini sengaja dimulai dengan melihat senyawa ini untuk menjelaskan struktur polimorf dan sifat ikatannya dengan lebih baik.

Boron, sebagai permulaan, adalah anggota golongan III dan bagian dari Blok p dalam tabel periodik. Artinya, keadaan oksidasinya secara khas sangat stabil. Boron membentuk senyawa yang kekurangan elektron, sehingga menjadikannya katalis yang berguna.

Namun dalam kasus ini, boron membentuk beberapa senyawa dengan nitrogen, sehingga menghasilkan ikatan yang mirip dengan ikatan karbon-karbon. Misalnya, ikatan karbon-karbon dan boron-nitrogen bersifat isoelektronik, artinya kedua ikatan memiliki jumlah elektron yang sama. Karbon, boron, dan nitrogen juga memiliki jari-jari atom yang mirip.

Nitrogen memiliki nomor atom 7, yang berarti ia memiliki 7 proton dan 7 elektron. Sebaliknya, boron memiliki 5 proton dan 5 elektron. Kedua atom tersebut bergabung membentuk 12 proton dan 12 elektron, seperti pada ikatan karbon-karbon, di mana setiap atom memiliki 6 proton dan 6 elektron.

Boron nitrida memiliki jumlah elektron yang sama dengan alotrop karbon—grafit dan berlian. Hal ini menunjukkan kemampuannya untuk membentuk struktur kristal yang berbeda, suatu proses yang disebut polimorfismePerbedaan struktur disebabkan oleh keadaan yang melatarbelakangi reaksi kimia, termasuk tekanan, suhu, dan lain-lain.

Di sinilah boron nitrida heksagonal dan boron nitrida kubik berperan. Boron nitrida wurtzite juga merupakan polimorf boron nitrida tetapi jarang digunakan. Boron nitrida heksagonal dan kubik diberi nama berdasarkan strukturnya. Yang satu membentuk lapisan heksagonal sedangkan yang lain membentuk lapisan kubik tiga dimensi.

Boron nitrida heksagonal (h-BN) dianalogikan dengan grafit putih sedangkan boron nitrida kubik dianalogikan dengan berlian. h-BN membentuk lapisan yang saling tumpang tindih, tetapi terikat lemah seperti pada grafit. Ikatan lemah lapisan tersebut memberikan h-BN bentuk yang lembut namun stabil yang membuatnya menjadi aditif yang berharga dalam kosmetik. Fitur ini juga berkontribusi pada penggunaan industrinya sebagai pelumas

Sebaliknya, boron nitrida kubik (c-BN) membentuk struktur kovalen raksasa di semua arah, menyerupai susunan tetrahedral berlian. Ini adalah material terkeras kedua setelah berlian. Setiap atom boron berikatan dengan empat atom nitrogen. Demikian pula, setiap atom nitrogen berikatan dengan empat atom boron untuk membentuk ikatan kovalen yang kuat.

Ikatan kuat yang mengikat atom dan gaya kuat yang mengikat lapisan membuat boron nitrida kubik memiliki struktur yang keras. Oleh karena itu, boron nitrida kubik digunakan sebagai alat pemotong, yang menghasilkan kinerja keluaran yang lebih tinggi daripada alat pemotong tradisional. c-BN juga termasuk dalam material yang paling tidak reaktif, sehingga dapat digunakan sebagai isolator atau agen pelapis.

Stabilitas dan Ketahanan Tekanan

Struktur atom boron nitrida menyediakan senyawa yang sangat berharga bagi para ahli kimia untuk penggunaan industri. Contohnya, lapisan h-BN terdiri dari jaringan cincin (BN)3 yang membentuk ikatan kovalen. Setiap lapisan terikat satu sama lain oleh gaya van der Waals yang tidak cukup kuat untuk mencegah terjadinya pergeseran. Oleh karena itu, lapisan ini merupakan pelumas padat yang efisien, elemen kunci dalam semen gigi, kosmetik (yaitu produk perawatan kulit dan tata rias), dan cat.

Boron nitrida kubik sangat berbeda, sebagian besar digunakan sebagai bahan abrasif. Polimorf ini memiliki ikatan terkuat kedua, sehingga sangat tahan aus. Fitur ini berkontribusi pada ketangguhannya di bawah tekanan dan kondisi suhu tinggi. Selain itu, boron nitrida tidak larut dalam nikel, besi, dan paduan lainnya di bawah kondisi suhu tinggi. Berlian tidak memiliki sifat ini dan larut.

Boron nitrida heksagonal juga menunjukkan sifat pembasahan yang buruk hingga suhu setinggi 900 °C. Bahan ini juga dapat diaplikasikan dalam produksi logam paduan, resin, karet, keramik, dll., sehingga pada dasarnya bersifat pelumas.

Konduktivitas Termal

Boron nitrida kubik memiliki nilai konduktivitas termal dibandingkan dengan h-BN. Hal ini disebabkan oleh sifat simetris dan isotropiknya. h-BN juga memiliki jumlah atom yang lebih banyak dalam sel satuannya, sehingga mengurangi konduktivitas termalnya.

Namun, hal ini tidak membuat boron nitrida heksagonal menjadi tidak berguna. Konduktivitas termalnya lebih tinggi daripada kebanyakan material dan keramik – 300 - 2.000 W m1 K1 pada suhu ruangan. Sementara padanan kubiknya memiliki konduktivitas termal 1300 W/mK.

Dengan demikian, BN heksagonal diaplikasikan dalam metamaterial dan metaperangkat sementara kelembaman kimia dan karakteristik optik c-BN dimanfaatkan dalam industri manajemen termal.

Bagan di bawah ini menunjukkan perbedaan langsung antara boron nitrida heksagonal dan kubik berdasarkan karakteristik tertentu:

Kesimpulan

Meskipun boron nitrida heksagonal dan kubik menunjukkan beberapa kesamaan, masing-masing memiliki sifat unik yang membentuk pengaruh industrinya. Perbedaan utamanya adalah sifat h-BN yang lembut namun stabil dan kekerasan c-BN, Anda sebaiknya menyingkirkan h-BN saat membutuhkan aditif kosmetik dan c-BN saat mencari bahan abrasif yang tangguh.