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窒化ホウ素ナノシート 窒化ホウ素ナノシートは金属保護の新たな選択肢です[その理由はここにあります]

公開日時: 2025-08-22 09:08:44

六方晶窒化ホウ素ナノシートを模した微粒子の顕微鏡画像出典: Unsplash.com

窒化ホウ素ナノシートは、原子レベルから腐食を防ぐ新しい技術です。原子1個分の厚さ、つまり人間の髪の毛の約1万分の1の薄さで、機器の表面を腐食から効果的に保護します。

その 窒化ホウ素 ナノマテリアルは、優れた熱伝導性、電気絶縁性、そして耐熱性を備えています。BNNは、極端な機械的ストレスを受けても破損せず、高い熱的完全性と化学的不活性性を備えています。 

このガイドでは、BNNの特性を解明し、このナノ材料が防食対策に不可欠な理由を説明します。また、軟鋼に堆積したBNNのケーススタディを分析します。さらに、窒化ホウ素ナノシートの将来展望についても考察します。

さあ、始めましょう!


金属保護のための窒化ホウ素ナノシート

ホウ素と窒化物の結合の六角形パターンを示す画像出典: Unsplash.com

窒化ホウ素ナノシート 六方構造に配列された窒化ホウ素の単層窒化ホウ素を原料とした、優れた機械的・化学的特性を持つ二次元ナノ材料です。

2D材料は 銅[1]、鋼鉄、その他の金属に対する効果的な防錆コーティングこれらは複合材料の充填材として、またはコーティング剤として使用されます。

一部の業界では、バインダーフリーのBNNコーティングを金属表面に直接塗布しています。また、バインダーベースのコーティングにBNNを添加している業界もあります。

1. 窒化ホウ素ナノシートが腐食を防ぐ仕組み

通常、厚さ10nmまでの多層窒化ホウ素ナノシートは、優れたバリア特性を有し、 大きな表面積ほとんどの従来の腐食対策には欠けている機能です。

その2D構造は 並外れた次元性 充填剤またはナノ複合コーティングとして使用します。

窒化ホウ素ナノシートは、次のような最高レベルの機械的特性を示す。32GPaの曲げ弾性率 そして 最大2,000 W/mKの熱伝導率このような機能により、極端な温度環境でも効率的に動作します。

BNナノシートバリア層は、その不浸透性により、 化学的に安定しており、その堅牢性により強い シグマ結合. BN ナノシートにはダングリングボンドがないため、過酷な作業条件でも粘り強さと耐久性が得られます。

窒化ホウ素層を結合する強力な共有結合を示す画像出典: Unsplash.com

2. 窒化ホウ素ナノシートの利点

  • 高い不浸透性: BNナノ材料は、外部の物質や粒子が透過できない無敵のコーティングを提供します。

  • 電気絶縁: ガルバニック腐食を引き起こしません

  • 熱安定性: BNNは極端な熱条件下でも相転移や劣化を起こさず、基礎となる金属の寿命を延ばします。

  • 化学的安定性: 800 ℃ 以上の耐酸化性を備えているため、化学的および高温の作業条件での使用に最適です。

  • 広いバンドギャップ(5-6 eV): 高電圧、高温条件の産業を含む金属機器の用途を多様化します。

  • 無毒: BNNはクロムのような有毒物質に比べて環境に安全な材料です


軟鋼表面保護のための六方晶窒化ホウ素(h-BN)ナノシートの事例研究

この研究では、窒化ホウ素ナノシートを軟鋼上に堆積させることに成功した。 化学蒸着 (CVD)。80% BNNからなるコーティングは、1,200℃で堆積された。軟鋼帯は5% HClで洗浄し、NaOHで洗浄した。

観察:

出典: researchgate.net

図(a)はBNナノシートでコーティングされた軟鋼基板の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示しています。

図(b): FTIR分光法 BNN でコーティングされた軟鋼サンプルでは、1330cm-1 と 760cm-1 に 2 つの特徴的なピークが見られます。

図(c)では、 ラマン分光法 BNNコーティングされた軟鋼では、1377.69 cm−1(市販のBN)と1366.49 cm−1の2つの透過ピークが見られます。

図(d)は腐食電位が負の値に向かって特徴的にシフトしていることを示しています。

結論:

BNNコーティングされた軟鋼の腐食密度の変化は、腐食密度(Icorr)の特徴的な減少を引き起こします。これは、 BNNコーティングによるイオン酸化抑制と酸素還元促進の有効性.

腐食電位の負のシフトは、 BNNコーティングは電気絶縁に効果的で、陰極コーティングとして機能し、ガルバニック腐食を防止しました。.


よくある質問

1. 窒化ホウ素ナノシートコーティングに効率的に使用される金属はどれですか?

研究により、銅と鋼は BNN コーティングに適していることが判明した金属です。

2. 窒化ホウ素ナノシートはグラフェンの代替品より優れていますか?

はい、窒化ホウ素シートは化学的・熱的完全性においてグラフェンよりも優れています。優れた電気絶縁体であるため、下地の金属と反応しません。しかし、グラフェンは下地の金属とガルバニック腐食を引き起こします。

3. 窒化ホウ素ナノシートの欠点は何ですか?

BNナノシートは、従来の腐食防止方法よりも高価です。また、コーティングする金属の種類をしっかりと確認する必要があります。

4. 窒化ホウ素ナノシートは従来の腐食防止方法よりも優れていますか?

はい、BNNは優れた熱安定性、広いバンドギャップ、化学的安定性、そして機械的強度を備えているため、より優れています。また、低い電気伝導率、優れた耐熱衝撃性、そして高い誘電率も備えています。


腐食の問題

腐食とは、金属が水、酸素、塩化物イオンなどの腐食性物質にさらされることで、化学的および電気化学的特性が徐々に劣化していく現象です。最終的には、金属は光沢、機械的強度、そして完全性を失います。

腐食した金属板の画像出典: Unsplash.com

従来の防食方法では、腐食が改善されないようです。 世界中で毎年失われる損失は、世界のGDPの約3%に相当します。 [2] (国内総生産)。


窒化ホウ素ナノシートの将来展望

この記事は、企業は腐食によって必ず損失を被るという長年の通説を覆すものです。ナノマテリアルは、この通説を変えつつあります。

窒化ホウ素ナノシートは、研究が初期段階にある新興技術です。しかし、物理学者たちは、金属腐食をはじめ、医療、エネルギー、環境保護といった産業用途において、ナノマテリアルに計り知れない可能性を見出しています。

材料科学[3]において、ナノ粒子またはナノ材料はナノスケールエンジニアリングにおいて有望な将来性を持っています。ナノ粒子は自己修復性および自己組織化性材料を創出する分野です。エンジニアはナノメカニクスを活用して橋梁やインフラを構築するでしょう。

ナノ医療[4]は現在かなり進歩しており、医師たちは癌や腫瘍のような慢性疾患を治療するための複雑な方法を見つけているようだ。

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