BOROV NITRID (BN): ZGRADBA, LASTNOSTI, PROIZVODNJA, UPORABE - FIZIČNO - 2026

Borov nitrid anorganska trdna tvorjen z zvezo atoma bora (B) z atomom dušika (N). Njegova kemijska formula je BN. Je bela trdna snov, ki je zelo odporna na visoke temperature in je dober prevodnik toplote. Uporablja se na primer za izdelavo laboratorijskih lončkov.

Borov nitrid (BN) je odporen na številne kisline, vendar ima določeno šibkost za napad s fluorovodikovo kislino in staljenimi bazami. Je dober izolator električne energije.

Struktura borovega nitrida (BN). Akeramop Vir: Wikimedia Commons.

Pridobivamo ga v različnih kristalnih strukturah, med katerimi sta najpomembnejši šestkotni in kubični. Šestkotna struktura spominja na grafit in je spolzka, zato se uporablja kot mazivo.

Kubična struktura je skoraj tako trdna kot diamantna in se uporablja za izdelavo rezalnega orodja in za izboljšanje žilavosti drugih materialov.

Z borovim nitridom lahko izdelamo mikroskopske (izredno tanke) cevi, imenovane nanocevke, ki imajo medicinsko uporabo, na primer za prevoz v telesu in sproščanje zdravil proti rakom.

Struktura

Borov nitrid (BN) je spojina, kjer se atomi bora in dušika kovalentno vežejo s trojno vezjo.

Izolirana molekula borovega nitrida ima atom bora in dušikov atom, ki ju povezuje trojna vez. Benjah-bmm27. Vir: Wikimedia Commons.

V trdni fazi je BN sestavljen iz enakega števila atomov bora in dušika v obliki 6-členskih obročev.

Resonančne strukture BN obroča. Avtor: Teachi. Vir: Wikimedia Commons.

BN obstaja v štirih kristalnih oblikah: šesterokotna (h-BN), podobna grafitu, kubična (c-BN), podobna diamantu, romboeder (r-BN) in wurtzit (w-BN).

Struktura h-BN je podobna strukturi grafita, to je, da ima ravnine šestkotnih obročev, ki imajo izmenične atome bora in dušika.

Struktura v obliki ločenih ravnin šesterokotnega borovega nitrida. Benjah-bmm27. Vir: Wikimedia Commons.

Med ravninama h-BN je velika razdalja, kar kaže na to, da se jim pridružijo le sile der der Waals, ki so zelo šibke sile privlačnosti in letala zlahka drsijo druga nad drugo.

Zaradi tega je h-BN kremast na dotik.

Struktura kubičnega BN c-BN je podobna diamantu.

Primerjava med kubičnim borovim nitridom (levo) in šestkotno (desno). od: Benutzer: Oddball, vektorska različica chris 論. Vir: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

Borov nitrid

Lastnosti

Fizično stanje

Maščobno bela trdna ali spolzka na otip.

Molekularna teža

24,82 g / mol

Tališče

Sublimalizira se pri približno 3000 ° C.

Gostota

Šestina BN = 2,25 g / cm ³

Kubični BN = 3,47 g / cm ³

Topnost

Rahlo topen v vročem alkoholu.

Kemijske lastnosti

Zaradi močne vezi med dušikom in borom (trojna vez) ima borov nitrid visoko odpornost proti kemičnim napadom in je zelo stabilen.

Netopen je v kislinah, kot so klorovodikova kislina HCl, dušikova kislina HNO ₃ in žveplova kislina H ₂ SO ₄ . Vendar je topen v staljenih bazah, kot so litijev hidroksid LiOH, kalijev hidroksid KOH in natrijev hidroksid NaOH.

Ne reagira z večino kovin, kozarcev ali soli. Včasih reagira s fosforno kislino H ₃ PO ₄ . Lahko se upira oksidaciji pri visokih temperaturah. BN je na zraku stabilen, vendar ga voda počasi hidrolizira.

BN je napadel plinastega fluora F ₂ in HF fluorovodikova kislina.

Druge fizikalne lastnosti

Ima visoko toplotno prevodnost, visoko toplotno stabilnost in visoko električno upornost, torej je dober izolator električne energije. Ima veliko površino.

H-BN (šesterokotni BN) je brezhibna trdnost na otip, podobna grafitu.

Pri segrevanju h-BN pri povišani temperaturi in tlaku se pretvori v kubično obliko c-BN, ki je izjemno trda. Po nekaterih virih je sposoben strgati diamant.

Materiali na osnovi BN lahko absorbirajo anorganske onesnaževalce (kot so ioni težkih kovin) in organske onesnaževalce (kot so barvila in molekule zdravil).

Sorpcija pomeni, da z njimi komunicirate in jih lahko adsorbirate ali absorbirate.

Pridobitev

H-BN prašek pripravimo z reakcijo borov trioksid B ₂ O ₃ ali borovo H sekvenco ₃ BO ₃ z amoniakom NH ₃ ali s sečnino NH ₂ (CO) NH ₂ v atmosferi dušika N ₂ .

BN lahko dobimo tudi z reakcijo bora z amonijakom pri zelo visoki temperaturi.

Drugi način priprave je iz abonija iz diborana B ₂ H ₆ in NH ₃ z uporabo inertnega plina in visokih temperatur (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

Prijave

H-BN (šesterokotni borov nitrid) ima na osnovi svojih lastnosti številne pomembne aplikacije:

-Kot trdno mazivo

-Kot dodatek k kozmetiki

-V visokotemperaturnih električnih izolatorjih

-V lončkih in reakcijskih posodah

-V kalupe in posode za izhlapevanje

-Za skladiščenje vodika

-V katalizi

-Za adsorpcijo onesnaževal iz kanalizacije

Uporablja se kubični bor nitrid (c-BN), katerega trdota je skoraj enaka trdnosti diamanta:

- Pri rezalnih orodjih za obdelavo trdih železnih materialov, kot so trda legirana jekla, lito železo in orodna jekla

- Za izboljšanje trdote in odpornosti drugih trdih materialov, kot je določena keramika za rezalna orodja.

Nekatera orodja za rezanje lahko vsebujejo borov nitrid za povečano trdoto. Avtor: Michael Schwarzenberger Vir: Pixabay.

- Uporaba BN tankih filmov

Zelo uporabne so pri tehnologiji polprevodniških naprav, ki so sestavni del elektronske opreme. Služijo na primer:

-Naredi ravne diode; diode so naprave, ki omogočajo kroženje električne energije samo v eno smer

-V kovinskih izolator-polprevodniških pomnilniških diodah, kot so Al-BN-SiO ₂ -Si

-V integriranih vezjih kot omejevalnik napetosti

-Za večjo trdoto nekaterih materialov

-Zaščito nekaterih materialov pred oksidacijo

-Za večjo kemijsko stabilnost in električno izolacijo mnogih vrst naprav

-V tankih filmskih kondenzatorjih

Nekatere diode in kondenzatorji lahko vsebujejo borov nitrid. Avtor: Siniša Marič. Vir: Pixabay.

- Uporaba BN nanocevk

Nanocevke so strukture, ki so na molekularni ravni oblikovane kot cevi. So cevi, ki so tako majhne, ​​da jih je mogoče videti le s posebnimi mikroskopi.

Tu je nekaj značilnosti nanocevk BN:

-Imajo visoko hidrofobnost, torej odbijajo vodo

-Imajo visoko odpornost proti oksidaciji in toploti (lahko se upirajo oksidaciji do 1000 ° C)

-Izpostavite visoko kapaciteto za skladiščenje vodika

-Absorbno sevanje

So zelo dobri izolatorji električne energije

-Imajo visoko toplotno prevodnost

-Iz odlične odpornosti na oksidacijo pri visokih temperaturah pomeni, da jih lahko uporabimo za povečanje oksidacijske stabilnosti površin.

-Za njihovo hidrofobnost jih lahko uporabimo za pripravo super hidrofobnih površin, torej nimajo afinitete do vode in voda ne prodre v njih.

-BN nanocevke izboljšajo lastnosti nekaterih materialov, na primer so bile uporabljene za povečanje trdote in odpornosti na lom stekla.

Nanocevke z borovim nitridom, opažene pod mikroskopom. Keun Su Kim in sod. . Vir: Wikimedia Commons.

V medicinskih aplikacijah

BN-nanocevke so bile preizkušene kot nosilci zdravil za raka, kot je doksorubicin. Določeni sestavki s temi materiali so povečali učinkovitost kemoterapije z omenjenim zdravilom.

V več izkušnjah je bilo dokazano, da imajo BN nanocevke potencialno za prevoz novih zdravil in njihovo pravilno sproščanje.

Uporaba BN nanocevk v polimernih biomaterialih je bila raziskana za povečanje njihove trdote, hitrosti razgradnje in trajnosti. To so materiali, ki se uporabljajo na primer pri ortopedskih vsadkih.

Kot senzorji

BN nanocevke so bile uporabljene za izdelavo novih naprav za zaznavanje vlage, ogljikovega dioksida CO ₂ in za klinično diagnostiko. Ti senzorji so pokazali hiter odziv in kratek čas obnovitve.

Možna strupenost BN materialov

Obstaja nekaj skrbi zaradi možnih toksičnih učinkov BN nanocevk. Glede njihove citotoksičnosti ni jasnega soglasja, saj nekatere raziskave kažejo, da so strupene za celice, druge pa nakazujejo nasprotno.

To je posledica njegove hidrofobnosti ali netopnosti v vodi, saj otežuje izvajanje študij na bioloških materialih.

Nekateri raziskovalci so površino BN nanocevk premazali z drugimi spojinami, ki dajejo prednost njihovi topnosti v vodi, vendar je to dodalo večjo negotovost izkušenj.

Čeprav večina raziskav kaže, da je raven toksičnosti nizka, se ocenjuje, da je treba izvesti natančnejše preiskave.

Reference

1. Xiong, J. et al. (2020). Šesterokotni adsorbent borovega nitrida: Sinteza, krojenje zmogljivosti in uporaba. Časopis Energy Chemistry 40 (2020) 99-111. Pridobljeno od bralca.elsevier.com.
2. Mukasyan, AS (2017). Borov nitrit. V jedrčani enciklopediji samorazmnoževalne visokotemperaturne sinteze. Pridobljeno od sciencedirect.com.
3. Kalay, S. et al. (2015). Sinteza nanocevk borovega nitrida in njihova uporaba. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84–102. Pridobljeno iz ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arya, SPS (1988). Priprava, lastnosti in uporaba tankih filmov borovega nitrida. Tanki trdni filmi, 157 (1988) 267-282. Pridobljeno od sciencedirect.com.
5. Zhang, J. et al. (2014). Kompozitni keramični matrični sestavki, ki vsebujejo kubični nitrid, za rezanje orodij. Vnaprej v kompozite iz keramičnih matric. Pridobljeno od sciencedirect.com.
6. Cotton, F. Albert in Wilkinson, Geoffrey. (1980). Napredna anorganska kemija. Četrta izdaja. John Wiley & Sons.
7. Sudarsan, V. (2017). Materiali za sovražno kemično okolje. V materialih pod ekstremnimi pogoji. Pridobljeno od sciencedirect.com
8. Dean, JA (urednik) (1973). Langeov priročnik kemije. McGraw-Hill Company.
9. Mahan, BH (1968). Univerzitetna kemija. Fondo Educativo Interamericano, SA