Nitreto de boro É amplamente utilizado em nanoeletrônica, fotônica, cosméticos e cerâmica. Sua dureza é quase igual à do diamante. O nitreto de boro é muito forte, com baixa densidade, o que o torna um material leve e de alta resistência. É bem conhecido por seu uso em cerâmicas de engenharia.
O que é nitreto de boro?
Nitreto de boro É um composto inorgânico. Seu cristal é composto de boro e nitrogênio, tendo a fórmula química BN. Possui uma estrutura cristalina especial, análoga à da grafite. Suas fortes propriedades químicas e térmicas devem-se principalmente à sua estrutura cristalina, na qual o boro está covalentemente ligado ao nitrogênio. O nitreto de boro é sintetizado em laboratório devido à sua escassez na natureza. O nitreto de boro pode ser classificado em diversas formas.
Cada forma ou formato de nitreto de boro possui propriedades e aplicações distintas. Os principais tipos, suas estruturas e aplicações são apresentados na tabela:
Síntese de nitreto de boro
Como o BN não existe em quantidades que possam ser utilizadas na natureza, todo nitreto de boro comercial deve ser cuidadosamente sintetizar nitreto de boro. Preparação de nitreto de boro depende do formato que você deseja:
Produção de Nitreto de Boro Hexagonal (h-BN)
Nitreto de boro hexagonal (h-BN) É produzido por meio de processos de montagem física ou química. O método mais comum é misturar ácido bórico (H₃BO₃) ou óxido de boro (B₂O₃) com amônia (NH₃) ou ureia. Essa reação ocorre a uma temperatura muito alta de 800-1200 °C:
B₂O₃ + 2NH₃ → 2BN + 3H₂O
Este processo geralmente ocorre em uma atmosfera de nitrogênio. Esta reação produz uma nitreto de boro branco hexagonal pó que pode ser prensado e usado em diversas aplicações enquanto está quente.
Um pouco interessante: os fabricantes geralmente precisam adicionar algo como fosfato de cálcio nesse processo. Compostos de boro derretem em temperaturas muito baixas, de modo que fluem juntos antes de reagir adequadamente.
Produção de nitreto de boro cúbico (c-BN)
A síntese de nitreto de boro (c-BN) requer pressão e temperatura mais altas. O processo geralmente começa com pó de nitreto de boro h-BN e, em seguida, segue:
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Adicione catalisadores (geralmente metal alcalino ou metal de solo alcalino).
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Uso de pressão muito alta (5 GPa, cerca de 50.000 vezes a pressão normal)
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Aqueça de 1500 a 2000.
Sob tais condições extremas, a estrutura cristalina de seis vias se transforma em um cristal cúbico, como o grafite se transforma em diamante.
Novos métodos de fabricação
Novos métodos de produção de nitreto de boro incluem:
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Método de crescimento químico em fase de vapor (CVD) especialmente adequado para a produção de filmes finos e revestimentos de nitreto de boro.
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Método de vapor pressurizado/condensador para resultados mais puros
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Método de epitaxia para especial aplicações eletrônicas de nitreto de boro
Cada método tem suas próprias vantagens exclusivas no controle da pureza, do tamanho do cristal e da estrutura do nitreto de boro.
Propriedades que tornam o nitreto de boro especial
O nitreto de boro possui propriedades únicas que o tornam cada vez mais popular em diversos setores. Vejamos as características do nitreto de boro:
Nitreto de boro hexagonal (h-BN)
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Aparência: Pó de nitreto de boro branco e escorregadio (com textura semelhante a talco)
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Estrutura: padrão hexagonal em camadas (como grafite, alternando átomos B e N)
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Densidade: O nitreto de boro é um composto denso com densidade de cerca de 2,1 g/cm³.
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Condutividade térmica do nitreto de boro: Conduz bem o calor ao longo da superfície (até W/m·K)
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Isolamento elétrico de nitreto de boro: Excelente isolante com ampla lacuna de banda (~ 5,9 ev).
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Lubricidade: baixo atrito, especialmente em altas temperaturas
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Resistência química: não reage com a maioria dos ácidos e metais fundidos
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Estabilidade térmica: Até 1000 °C no ar e até 2800 °C em gás inerte
Sempre me perguntei. A estrutura h-BN tem altíssima condutividade térmica, mas proporciona excelente isolamento elétrico com nitreto de boro.
Nitreto de boro cúbico (c-BN)
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Aparência Cristais âmbar a pretos
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Parece um diamante no nível atômico estrutural
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A densidade do nitreto de boro é de cerca de 3,48 g/cm³, o que é significativamente maior que a do h-BN.
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Dureza Extremamente dura (Dureza de Mohs ~ 9.5)
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Condutividade térmica do nitreto de boro: transportar bem o calor em todas as direções (~ W/m·K)
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Estabilidade química Temperatura mais alta que o diamante
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Resistência à oxidação: resistência à oxidação até 1300 °C
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Propriedades elétricas É possível obter dope para fazer semicondutores
O c-BN não reage com materiais que contêm ferro em altas temperaturas, mas os diamantes reagem. Portanto, o c-BN pode ajudar você a cortar aço.
Para entender melhor as propriedades, vamos comparar as diferentes formas na tabela abaixo:
Exemplos de uso real
Você pode se surpreender ao saber que existem muitas indústrias que utilizam nitreto de boro. Veja onde o nitreto de boro é utilizado:
Fabricação e Metalurgia
Cristais cúbicos de nitreto de boro pode ajudar as indústrias a obter melhores resultados nas seguintes aplicações:
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Ferramentas de corte para aço temperado
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Pedra de amolar forte para metal
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Usinagem de alta precisão que não funciona bem com diamantes
A forma do h-BN também é útil:
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Lubrificante de alta temperatura em moldagem de metal
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Relevo de molde em fundição
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Cadinho para fusão de metais
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Revestimento de nitreto de boro para proteção contra desgaste e corrosão
Em Eletrônica e Gerenciamento Térmico
Ambas as formas de nitreto de boro podem ajudar seus eletrônicos a resfriar e operar normalmente:
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Materiais entre componentes de alta temperatura e dissipadores de calor que utilizam a alta condutividade térmica do nitreto de boro
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Superfície do dispositivo eletrônico
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Camada isolante do capacitor usando excelente isolamento elétrico de nitreto de boro
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Material para difundir o calor da iluminação LED
Nitreto hexagonal de boro funciona particularmente bem como base para grafeno e outros materiais eletrônicos bidimensionais, como escalas atômicas planas.
Em Cosméticos (Surpreendente, né?)
Surpreendentemente, o nitreto de boro pode ajudar produtos cosméticos a atingirem melhor desempenho. A forma h-BN é amplamente utilizada em maquiagem porque:
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Cria uma sensação suave e sedosa
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Ajuda a espalhar os produtos uniformemente
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Absorve a oleosidade da pele
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Torna as linhas finas menos visíveis
Da próxima vez que você for comprar base, sombra ou pó facial, verifique os ingredientes. Você pode encontrar nitreto de boro em cosméticos.
Em aplicações aeroespaciais e de alta temperatura
Nitreto de boro a capacidade de lidar com temperaturas extremas pode ajudar na aplicação aeroespacial em:
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Sistemas que protegem as naves espaciais do calor
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Peças em motores de foguete
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Isolamento que funciona em altas temperaturas
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Componentes em turbinas a gás
Em campos de pesquisa
Os cientistas estão descobrindo novas usos do nitreto de boro em:
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Nitreto de boro nanotubos (como os nanotubos de carbono, mas mais estáveis)
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Dispositivos de película fina para computação quântica
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Implantes médicos compatíveis com o corpo
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Novos tipos de baterias e armazenamento de energia
Direções futuras
A pesquisa contínua sobre nitreto de boro pode ajudar as indústrias a desenvolver novas aplicações em:
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Materiais 2D: Folhas h-BN ultrafinas para eletrônicos de última geração
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Nanotubos de nitreto de boro: Versões BN de nanotubos de carbono com processamento térmico superior
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Aplicações quânticas: Usando h-BN para proteger materiais quânticos
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Aplicações biomédicas: Administração de medicamentos e imagens médicas Explorando o potencial da BN em
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Armazenamento de energia: componentes avançados de bateria e capacitor
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Nitreto de boro avançado tecnologia de revestimento para aumentar a proteção do material.
O custo de produção continua a ser um desafio, especialmente com nitreto de boro cúbico. No entanto, a pesquisa continua sobre métodos mais eficientes métodos de síntese de nitreto de boro, o que pode tornar este material maravilhoso mais acessível.
Conclusão
Devido à sua combinação única de propriedades, nitreto de boro pode ajudar a resolver desafios em diversos setores, de ferramentas de corte a cosméticos. À medida que a fabricação avança, esse material incrível chegará a ainda mais produtos.
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