Bor nitrür nanoelektronik, fotonik, kozmetik ve seramikte yaygın olarak kullanılır. Sertliği elmasa neredeyse eşittir. Bor nitrür çok güçlüdür, düşük yoğunluğa sahiptir, bu da onu hafif ve yüksek mukavemetli bir malzeme yapar. Mühendislik seramiklerinde kullanımıyla iyi bilinir.
Bor Nitrür Nedir?
Bor nitrür inorganik bir bileşiktir. Kristali bor ve azottan oluşur ve kimyasal formülü BN'dir. Grafitin analoğu olan özel bir kristal yapısı vardır. Güçlü kimyasal ve termal özellikleri esas olarak borun azotla kovalent olarak bağlandığı kristal yapısından kaynaklanır. Bor nitrür doğada nadir bulunduğu için laboratuvarlarda sentezlenir. Bor nitrür birçok farklı biçimde sınıflandırılabilir.
Bor nitrürün her bir formu veya şeklinin kendine özgü ayırt edici özellikleri ve uygulamaları vardır. Ana tipleri, yapıları ve uygulamaları tabloda verilmiştir:
Bor Nitrür Sentezi
BN doğada kullanılabilecek miktarlarda bulunmadığından, tüm ticari bor nitrürler dikkatlice temizlenmelidir. bor nitrür sentezleyin. Bor nitrür hazırlanması hangi şekli istediğinize bağlı:
Hekzagonal Bor Nitrür (h-BN) Üretimi
Altıgen bor nitrür (h-BN) fiziksel veya kimyasal birleştirme işlemleri kullanılarak üretilir. En yaygın yöntem borik asit (H₃BO₃) veya bor oksit (B₂O₃) ile amonyak (NH₃) veya üre karıştırmaktır. Bu reaksiyon 800-1200 °C gibi çok yüksek bir sıcaklıkta gerçekleşir:
B₂O₃ + 2NH₃ → 2BN + 3H₂O
Bu işlem genellikle bir nitrojen atmosferinde gerçekleşir. Bu reaksiyon bir altıgen beyaz bor nitrür Sıcakken preslenerek çeşitli uygulamalarda kullanılabilen toz.
İlginçtir ki, üreticiler bu süreçte genellikle kalsiyum fosfat gibi bir maddeyi ekleme ihtiyacı duyarlar. Bor bileşikleri oldukça düşük sıcaklıklarda erir, bu yüzden uygun şekilde tepkimeye girmeden önce birbirlerine akarlar.
Üretimi kübik bor nitrür (c-BN)
Bor nitrür (c-BN) sentezi daha yüksek basınç ve daha yüksek sıcaklık gerektirir. İşlem genellikle h-BN bor nitrür tozuyla başlar ve ardından şu şekilde devam eder:
-
Katalizör ekleyin (genellikle alkali metal veya alkali toprak metali).
-
Çok yüksek basınç kullanımı (5 GPa, normal basıncın yaklaşık 50.000 katı)
-
Sıcaklık yaklaşık 1500 ila 2000 arasındadır.
Bu tür aşırı koşullar altında, altı yollu kristal yapı kübik bir kristale dönüşür. Tıpkı grafitin elmasa dönüşmesi gibi.
Yeni Üretim Yöntemleri
Bor nitrür üretiminin yeni yöntemleri şunlardır:
-
Kimyasal buhar fazı büyüme yöntemi (CVD) özellikle ince filmlerin ve bor nitrür kaplamaların üretimi için uygundur.
-
Daha saf sonuçlar için basınçlı buhar/yoğuşturucu yöntemi
-
Özel amaçlı epitaksi yöntemi elektronik bor nitrür uygulamaları
Her yöntemin saflık, kristal boyutu ve bor nitrür yapısının kontrolünde kendine özgü avantajları vardır.
Bor Nitrür'ü Özel Kılan Özellikler
Bor nitrürün çeşitli endüstrilerde giderek daha popüler hale gelmesini sağlayan benzersiz özellikleri vardır. Bor nitrürün özelliklerine bir bakalım:
Altıgen Bor Nitrür (h-BN)
-
Dış görünüş: Beyaz ve kaygan bor nitrür tozu (talk gibi hissedilir)
-
Yapı: katmanlı altıgen desen (grafit gibi, dönüşümlü B ve N atomları)
-
Yoğunluk: Bor nitrür, yoğunluğu yaklaşık 2,1 g/cm³ olan yoğun bir bileşiktir.
-
Bor nitrürün ısı iletkenliği: Isıyı yüzey boyunca iyi iletir (W/m·K'ye kadar)
-
Bor nitrür elektrik yalıtımı: Geniş bant aralığına (~5.9 ev) sahip mükemmel yalıtkan.
-
Kayganlık: düşük sürtünme, özellikle yüksek sıcaklıklarda
-
Kimyasal dayanıklılık: çoğu asit ve erimiş metalle reaksiyona girmez
-
Isıl kararlılık: Havada 1000 °C'ye kadar ve inert gazda 2800 °C'ye kadar
Her zaman merak etmişimdir. h-BN yapısı çok yüksek termal iletkenliğe sahiptir ancak mükemmel bor nitrür elektrik yalıtımı sağlar.
Kübik Bor Nitrür (c-BN)
-
Görünüm Kehribardan siyaha kristaller
-
Yapısal atomik düzeyde bir elmasa benziyor
-
Bor nitrürün yoğunluğu yaklaşık 3,48 g/cm³ olup, h-BN'den önemli ölçüde daha yüksektir.
-
Sertlik Son derece sert (Mohs sertliği ~ 9.5)
-
Bor nitrür ısıl iletkenliği: ısıyı her yöne iyi iletir (~ W/m·K)
-
Kimyasal kararlılık Elmastan daha yüksek sıcaklık
-
Oksidasyon direnci: 1300 °C'ye kadar oksidasyon direnci
-
Elektriksel özellikler Yarı iletkenler yapmak için uyuşturucu madde kullanmak mümkündür
c-BN, yüksek sıcaklıklarda demir içeren malzemelerle reaksiyona girmez, ancak elmaslar reaksiyona girer. Bu nedenle c-BN, çeliği kesmenize yardımcı olabilir.
Özellikleri daha iyi anlamak için aşağıdaki tabloda farklı formların karşılaştırmasını yapalım:
Gerçek Kullanım Örnekleri
Bor nitrür kullanan birçok endüstri olduğunu duyduğunuzda şaşırabilirsiniz. Bor nitrürün kullanıldığı yerler şunlardır:
Üretim ve Metal İşleme
Bor nitrür kübik kristaller Aşağıdaki uygulamalarda endüstrilerin daha iyi sonuçlar elde etmesine yardımcı olabilir:
-
Söndürülmüş çelik için kesme aletleri
-
Metal için güçlü taşlama taşı
-
Elmaslarla iyi çalışmayan yüksek hassasiyetli işleme
h-BN'nin şekli de faydalıdır:
-
Metal kalıplamada yüksek sıcaklık yağlayıcısı
-
Dökümde Küf Giderme
-
Metal eritme potası
-
Aşınma ve korozyona karşı koruma amaçlı bor nitrür kaplama
Elektronik ve Isı Yönetiminde
Bor nitrürün her iki formu da elektronik cihazlarınızın soğumasına ve normal şekilde çalışmasına yardımcı olabilir:
-
Bor nitrürün yüksek ısı iletkenliğini kullanan yüksek sıcaklık bileşenleri ve ısı emiciler arasındaki malzemeler
-
Elektronik cihaz yüzeyi
-
Bor nitrürün mükemmel elektriksel yalıtımı kullanılarak kondansatörün yalıtım tabakası
-
LED aydınlatmanın ısısını dağıtmak için malzeme
Bor hekzagonal nitrür Özellikle grafen ve düz atom ölçekleri gibi iki boyutlu elektronik malzemeler için bir temel olarak oldukça iyi çalışır.
Kozmetikte (Şaşırtıcı, Değil mi?)
Şaşırtıcı bir şekilde, bor nitrür kozmetik ürünlerinin daha iyi performans göstermesine yardımcı olabilir. h-BN formu makyajda yaygın olarak kullanılır çünkü:
-
Pürüzsüz, ipeksi bir his yaratır
-
Ürünlerin eşit şekilde yayılmasına yardımcı olur
-
Ciltteki yağı emer
-
İnce çizgileri daha az belirgin hale getirir
Bir dahaki sefere fondöten, göz farı veya yüz pudrası aldığınızda içeriklerine bakın; kozmetik ürünlerinde bor nitrür görebilirsiniz.
Havacılık ve Yüksek Sıcaklık Uygulamalarında
Bor nitrür Aşırı sıcaklıklara dayanma yeteneği, havacılık uygulamalarında şu alanlarda yardımcı olabilir:
-
Uzay aracını ısıdan koruyan sistemler
-
Roket motorlarındaki parçalar
-
Yüksek sıcaklıklarda işe yarayan yalıtım
-
Gaz türbinlerindeki bileşenler
Araştırma Alanlarında
Bilim insanları yeni bulgular buluyor bor nitrür kullanımları içinde:
-
Bor nitrür nanotüpler (karbon nanotüpler gibi ama daha kararlı)
-
İnce film cihazları için kuantum hesaplama
-
Vücuda uyumlu tıbbi implantlar
-
Yeni tip piller ve enerji depolama
Gelecek Yönleri
Devam eden bor nitrür araştırmaları, endüstrilerin şu alanlarda yeni uygulamalar geliştirmesine yardımcı olabilir:
-
2D Malzemeler: Yeni nesil elektronikler için ultra ince h-BN levhalar
-
Bor Nitrür Nanotüpler: Üstün ısıl işleme sahip karbon nanotüplerin BN versiyonları
-
Kuantum Uygulamaları: Kuantum malzemelerini korumak için h-BN kullanımı
-
Biyomedikal Uygulamalar: İlaç dağıtımı ve tıbbi görüntüleme BN'nin potansiyelini keşfetmek
-
Enerji depolama: gelişmiş pil ve kondansatör bileşenleri
-
Gelişmiş bor nitrür Malzeme korumasını artırmak için kaplama teknolojisi.
Üretim maliyeti, özellikle Kübik bor nitrürAncak daha verimli araştırmalar devam ediyor bor nitrür sentez yöntemleriBu da bu harika materyalin daha erişilebilir olmasını sağlayabilir.
Çözüm
Benzersiz özelliklerinin birleşimi nedeniyle, bor nitrür kesici aletlerden kozmetiklere kadar birçok sektördeki zorlukların çözülmesine yardımcı olabilir. Üretim geliştikçe, bu harika malzeme daha fazla ürüne de girecektir.
İleri düzey malzemeler hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz? Çıkış yapmak Seramik ve endüstriyel uygulamalarına ilişkin diğer makalelerimiz.