Loading AI tools
Bor nitrür (kısaca BN), bor ve nitrojenin termal ve kimyasal olarak refrakter bir bileşiğidir. Karbon kafesine benzer şekilde yapılandırılmış bir izoelektronik olan çeşitli kristal formlarda bulunur. Grafite karşılık gelen altıgen form, BN polimorfları arasında en kararlı ve yumuşak olanıdır ve bu nedenle kozmetik ürünlerde yağlayıcı ve katkı maddesi olarak kullanılır. Elmasa benzer kübik kristal yapı c-BN olarak adlandırılır; elmastan daha yumuşak, ancak termal ve kimyasal kararlılığı üstündür. Nadir wurtzite modifikasyonu, lonsdaleite benzer, ancak kübik formdan biraz daha yumuşaktır.[1]
| Aksi belirtilmediği sürece madde verileri, Standart sıcaklık ve basınç koşullarında belirtilir (25 °C [77 °F], 100 kPa). | |
| Bilgi kutusu kaynakları |
Mükemmel termal ve kimyasal stabilite nedeniyle, bor nitrür seramikler yüksek sıcaklık ekipmanları ve metal dökümde kullanılır. Nanoteknolojide potansiyel kullanımı vardır.
Bor nitrür, boron ve nitrojen atomlarının düzeninde farklılık gösteren çok sayıda formda bulunur.
Amorf form (a-BN)
Bor nitrürün (a-BN) amorf formu atomlarının dizilişinde herhangi bir uzun mesafeli düzenlilikten yoksundur. Amorf karbona benzer.
Bor nitrürün diğer tüm formları kristaldir.
Altıgen form (h-BN)
En kararlı kristal form, h-BN, α-BN, g-BN ve grafit bor nitrür olarak da adlandırılan altıgen formdur. Altıgen bor nitrür grafite benzer katmanlı bir yapıya sahiptir. Her katmanda, bor ve nitrojen atomları güçlü kovalent bağlarla bağlanırken, katmanlar zayıf van der Waals kuvvetleri tarafından bir arada tutulur. Bununla birlikte, bu tabakaların ara katman "kaydı", grafit için görülen modelden farklıdır. Bu kayıt, B–N bağlarının yerel polaritesini ve ayrıca katmanlar arası N-verici/B-alıcı özelliklerini yansıtır. Aynı şekilde, farklı şekilde istiflenmiş politiplerden oluşan birçok metastabil form mevcuttur. Bu nedenle, h-BN ve grafit çok yakın komşulardır ve malzeme, BNC'leri oluşturmak için ikame edici bir element olarak karbonu barındırabilir. Bazı B ve N atomları için karbonun ikame edildiği BC6N hibritleri sentezlenmiştir.[2]
Kübik form (c-BN)
Kübik bor nitrür, elmasınkine benzer bir kristal yapıya sahiptir. Elmasın grafitten daha az kararlı olmasıyla tutarlı olarak, kübik biçim altıgen biçime göre daha az kararlıdır, ancak ikisi arasındaki dönüşüm oranı, elmas için olduğu gibi oda sıcaklığında ihmal edilebilir düzeydedir. Kübik form, elmasınkiyle aynı sfalerit kristal yapıya sahiptir ve ayrıca β-BN veya c-BN olarak adlandırılır.
Wurtzite formu (w-BN)
Bor nitridinin wurtzit biçimi (w-BN) nadir bir altıgenli karbon polimorf olan lonsdaleite ile aynı yapıya sahiptir. Küp biçiminde olduğu gibi bor ve azot atomları da dört heydere gruplandırılır.[3] Küp şeklinde tüm yüzükler sandalye yapılandırmasında, w-BN'de "katmanlar" arasındaki halkalar tekne yapılandırmasındadır. Daha önce iyimser raporlar wurtzite biçiminin çok güçlü olduğunu öngörmüş ve bir simülasyonla elmasınkinden %18 daha güçlü bir kuvvetin olduğu tahmin edilmiştir. Doğada sadece küçük miktarlarda mineral var olduğundan, bu deneysel olarak henüz doğrulanmamıştır.[4] sertliği 46 GPa'dır, ticari boridlerden biraz daha sert ama bor nitridinin kubik biçiminden daha yumuşak.[1]
Fiziksel
| Malzeme | Bor nitrür (BN) | grafit [5] | Elmas [6] | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| a- [7][8][9] | H- | c- [6][10] | w- | |||
| Yoğunluk (g/cm 3 ) | 2.28 | ~2.1 | 3.45 | 3.49 | ~2.1 | 3.515 |
| Knoop sertliği (GPa) | 10 | 45 | 34 | 100 | ||
| Toplu modül (GPa) | 100 | 36.5 | 400 | 400 | 34 | 440 |
| Termal iletkenlik (W/m·K) |
3 | 600 ∥, 30 ⟂ |
740 | 200–2000 ∥, 2–800 ⟂ |
600–2000 | |
| Termal genleşme (10 −6 /K) | −2,7 ∥, 38 ⟂ | 1.2 | 2.7 | −1,5 ∥, 25 ⟂ | 0.8 | |
| Bant aralığı (eV) | 5.05 | 5.9–6.4 [11] | 6.4 | 4,5–5,5 | 0 | 5.5 |
| Kırılma indisi | 1.7 | 1.8 | 2.1 | 2.05 | 2.4 | |
| Manyetik alınganlık (µemu/g) [12] |
-0.48 ∥, −17.3 ⟂ |
−0,2 – −2,7 ∥, −20 – −28 ⟂ |
-1.6 | |||
h-BN'deki BN katmanlarının kısmi iyonik yapısı kovalentliği ve elektriksel iletkenliği azaltırken, katmanlar arası etkileşim artar ve h-BN'nin daha yüksek sertliğiyle sonuçlanır. Altıgen-BN'deki azaltılmış elektron delokalizasyonu, renk olmaması ve geniş bir bant aralığı ile de gösterilir. Bazal düzlemde içinde güçlü kovalent ve aralarında zayıf olan çok farklı bağlar, h-BN'nin çoğu özelliğinde yüksek anizotropiye neden olur.
Bu malzemeler son derece serttir; c-BN'nin sertliği elmasınkinden biraz daha küçük, w-BN'nin sertliği ise daha da yüksektir.[13] Tane boyutları 10 nm mertebesinde olan polikristalin c-BN'nin ayrıca elmasla karşılaştırılabilir veya daha yüksek Vickers sertliğine sahip olduğu bildirilmektedir.[14] Isıya ve geçiş metallerine karşı çok daha iyi kararlılığı nedeniyle c-BN, çelik işleme gibi mekanik uygulamalarda elması geçer.[15] BN'nin termal iletkenliği, tüm elektrik yalıtkanlarının en yüksekleri arasındadır (tabloya bakın).
Bor nitrür berilyum ile p-tipi ve bor, kükürt, silikon veya karbon ve nitrojen ile birlikte n-tipi katkılanabilir. Hem altıgen hem de kübik BN, UV bölgesine karşılık gelen bir bant aralığı enerjisine sahip geniş aralıklı yarı iletkenlerdir. h-BN[16] veya c-BN,[17] e voltaj uygulanırsa, 215–250 nm aralığında UV ışığı yayar ve bu nedenle potansiyel olarak ışık yayan diyotlar veya lazerlerde kullanılabilir.
Bor nitrürün erime davranışı hakkında çok az şey bilinmektedir. 2973'°C te süblimleşir, normal basınçta nitrojen gazı ve bor salar, ancak yüksek basınçta erir.[18][19]
Termal kararlılık
Altıgen ve kübik BN (ve muhtemelen w-BN), olağanüstü kimyasal ve termal kararlılık gösterir. Örneğin, h-BN, havada 1000, vakumda 1400 ve inert ortamsa 2800 °C ye kadar dayanabilir. h-BN ve c-BN'nin reaktivitesi nispeten benzerdir ve c-BN için veriler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.
| Sağlam | ortam | Aksiyon | Eşik sıcaklığı (°C) |
|---|---|---|---|
| Molibden | 10−2 Pa vakum | Reaksiyon | 1360 |
| Ni | 10−2 Pa vakum | Islatma [a] | 1360 |
| Fe, Ni, Co | Argon | Tepki | 1400–1500 |
| Al | 10−2 Pa vakum | Islatma ve reaksiyon | 1050 |
| Si | 10−3 Pa vakum | ıslatma | 1500 |
| Cu, Ag, Au, Ga, In, Ge, Sn | 10−3 Pa vakum | ıslatma yok | 1100 |
| B | ıslatma yok | 2200 | |
| Al2O3 + B2O3 | 10−2 Pa vakum | Tepki yok | 1360 |
c-BN'nin termal kararlılığı şu şekilde özetlenebilir:[10]
- Hava veya oksijen içinde: :B
2O
3 koruyucu tabaka ~1300 °C'ye kadar daha fazla oksidasyonu önler; 1400 °C'de hekzagonal forma dönüşüm olmaz. - Azot içinde: 12 saat sonra 1525 °C'de h-BN'ye bir miktar dönüşüm.
- Vakumda (10-5 Pa): 1550-1600 °C'de h-BN'ye dönüşüm.
Kimyasal stabilite
Bor nitrür olağan asitlerde çözünmez, ancak LiOH, KOH, NaOH-Na
2CO
3, NaNO
3, Ba
3N
2 veya Li
3BN
2 gibi alkali erimiş tuzlar ve nitrürlerde çözünür bu nedenle BN'yi aşındırmak için kullanılırlar.[10]
Termal iletkenlik
Altıgen bor nitrür nanoribbonların (BNNR'ler) teorik termal iletkenliği 1700–2000' W/(m⋅K) e yaklaşabilir,Grafen için deneysel olarak ölçülen değerle aynı büyüklük sırasına sahip olan ve grafen nanoribbonlar için teorik hesaplamalarla karşılaştırılabilir durumda.[20][21] Ayrıca, BNNR'lerdeki termal taşıma anizotropiktir. Zikzak kenarlı BNNR'lerin termal iletkenliği, oda sıcaklığında koltuk kenarlı nanoribbonlardan yaklaşık %20 daha fazladır.[22]
Tibet'te kübik formda (c-BN) doğal olarak oluşan bir bor nitrür minerali 2009 yılında rapor edildi ve qingsongite adı önerildi. Madde, krom açısından zengin kayalarda dağılmış mikron boyutlu inklüzyonlarda bulundu. 2013 yılında Uluslararası Mineraloji Derneği minerali ve adı onayladı.[23][24][25]
Altıgen BN'nin hazırlanması ve reaktivitesi
Bor nitrür sentetik olarak üretilir. Altıgen bor nitrür, bor trioksit (B
2O
3) veya borik asitin (H
3BO
3) azot ortamında amonyak veya üre ile reaksiyonundan elde edilir:[26]
- B
2O
3 + 2 NH
3 → 2 BN + 3 H
2O (T = 900 °C) - B(OH)
3 + NH
3 → BN + 3 H
2O (T = 900 °C) - B
2O
3 + CO(NH
2)
2 → 2 BN + CO
2 + 2 H
2O (T > 1000 °C) - B
2O
3 + 3 CaB
6 + 10 N
2 → 20 BN + 3 CaO (T > 1500 °C)
Ortaya çıkan düzensiz (amorf) bor nitrür %92-95 BN ve %5-8 B
2O
3 içerir. Kalan B
2O
3 %98 BN konsantrasyonu elde etmek için > 1500 °C sıcaklıklarda ikinci bir adımda buharlaştırılabilir. Bu tavlama aynı zamanda BN'yi kristalleştirir, tavlama ile kristalitlerin boyutu artar.[15][27]
h-BN parçaları, sıcak presleme sonrası işleme yoluyla ucuz bir şekilde üretilebilir. Parçalar, daha iyi sıkıştırılabilirlik için bor oksit eklenen bor nitrür tozlarından yapılmıştır. İnce bor nitrür filmleri, bor triklorür ve nitrojen öncülerinden kimyasal buhar biriktirme ile elde edilebilir.[28] Bor tozunun azot plazmasında 5500'°C de yanması, yağlayıcılar ve tonerler için kullanılan ultra ince bor nitrürü verir.[29]
Bor nitrür, -30 °C de trikloroflorometan içinde iyot florür ile reaksiyona girer, düşük verimde, son derece hassas bir kontak patlayıcı olan NI
3 üretilir.[30] Bor nitrür, nitridoborat bileşikleri oluşturmak için lityum nitrürleri, toprak alkali metaller ve lantanitlerle reaksiyona girer.[31] Örneğin:
- Li
3N + BN → Li
3BN
2
Altıgen BN'nin araya eklenmesi
4N
4K )
Çeşitli moleküller, örneğin NH
3[32] veya alkali metaller,[33] altıgen boron nitride eklenebilir. Hem deney hem de teori, interkalasyonun BN için grafitten çok daha zor olduğunu öne sürüyor.[34]
Kübik BN'nin hazırlanması
Kübik bor nitrür, sentetik elmasın grafitten üretilmesine çok benzer şekilde, altıgen bor nitrürün yüksek basınç ve sıcaklık altında işlenmesiyle üretilir. Altıgen bor nitrürün kübik forma doğrudan dönüşümü 5 ile 18 GPa arasındaki basınçlar ve 1730 ile 3230 °C, arasındaki sıcaklıklarda gözlenmiştir.[35] Az miktarda bor oksit eklenmesi, gerekli basıncı 4-7'GPa ve sıcaklığı 1500'°C'ye düşürebilir. Elmas sentezinde olduğu gibi, dönüşüm basınç ve sıcaklıklarını daha da azaltmak için lityum, potasyum veya magnezyum, bunların nitrürleri, floronitrürleri, amonyum bileşikli su veya hidrazin gibi bir katalizör eklenir.[36][37] Yine elmas büyümesinden ödünç alınan diğer endüstriyel sentez yöntemleri, bir sıcaklık gradyanı veya patlayıcı şok dalgasında kristal büyümesini kullanır. Şok dalgası yöntemi, bor, karbon ve nitrojenden oluşan süper sert bir bileşik olan heterodiamond adlı malzemeyi üretmek için kullanılır.[38]
Kübik bor nitrürün ince filmlerinin düşük basınçlı biriktirilmesi mümkündür. Elmas büyümesinde olduğu gibi, ana problem altıgen fazların (sırasıyla h-BN veya grafit) büyümesini baskılamaktır. Elmas büyütmede, hidrojen gazı, c-BN için bor triflorür kullanılarak baskılama gerçekleştirilir. İyon ışını biriktirme, plazma destekli kimyasal buhar biriktirme, darbeli lazer biriktirme, reaktif püskürtme ve diğer fiziksel buhar biriktirme yöntemleri de kullanılır.[28]
Wurtzite BN'nin hazırlanması
Wurtzite BN statik yüksek basınç veya dinamik şok yöntemleriyle elde edilebilir.[39] Kararlılığının sınırları iyi tanımlanmamıştır. Hem c-BN hem de w-BN, h-BN'nin sıkıştırılmasıyla oluşturulur, ancak w-BN oluşumu, 1700 °C'ye yakın çok daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşir.[36]
Üretim istatistikleri
BN sentezinde kullanılan borik asit ve bor trioksit için üretim ve tüketim rakamları iyi bilinmesine rağmen (bkz. bor ), bor nitrür için karşılık gelen rakamlar istatistiksel raporlarda listelenmemiştir. 1999 dünya üretimi için bir tahmin 300 ila 350 tondur. BN'nin başlıca üretici ve tüketicileri Amerika Birleşik Devletleri, Japonya, Çin ve Almanya'dır. 2000 yılında, fiyatlar standart endüstriyel kalitede h-BN için yaklaşık 75–120 $/kg arasındayken, yüksek saflık için yaklaşık 200–400 $/kg'a kadar çıkıyordu.[26]
Altıgen BN
Altıgen BN en yaygın kullanılan polimorftur. Oksitleyici bir atmosferde bile 900 °C'ye kadar iyi bir yağlayıcıdır. h-BN, alternatif yağlayıcı grafitin elektriksel iletkenlik veya kimyasal reaktivitesi sorunlu olduğunda özellikle yararlıdır. Grafitin oksitlenerek karbon çamuruna dönüşebildiği içten yanmalı motorlarda, üstün termal kararlılığı ile h-BN motor yağlarına eklenebilir. Tüm nano-parçacık süspansiyonlarında olduğu gibi, tortu bir problemdir. Tortu yağ filtrelerini tıkayabilir, bu da içten yanmalı bir motordaki uygulamalarını, motorun yeniden inşasının yaygın olduğu otomotiv yarışlarına sınırlar. Karbonun belirli alaşımlarda kayda değer bir çözünürlüğü olduğundan, bu özelliklerin bozulmasına yol açabilir, BN genellikle yüksek sıcaklık ve/veya yüksek basınç uygulamaları için üstündür. h-BN'nin grafite göre bir diğer avantajı, kayganlığının, katmanlar arasında hapsolmuş su veya gaz moleküllerini gerektirmemesidir. Bu nedenle h-BN yağlayıcılar, uzay uygulamaları gibi vakumda kullanılabilir. İnce taneli h-BN'nin yağlama özellikleri kozmetik, boya, diş sementi ve kurşun kalem uçlarında kullanılır.[40]
Kozmetikte ilk kez 1940'larda Japonya'da altıgen BN kullanılsa da yüksek fiyatı nedeniyle vazgeçildi. 1990'ların sonunda h-BN üretim süreçlerinin optimizasyonu ile kullanım yeniden canlandı ve şu anda h-BN neredeyse tüm önde gelen kozmetik ürünleri üreticileri tarafından fondöten, makyaj, göz farı, allık, sürme kalem, ruj ve diğer cilt bakım ürünleri için kullanılıyor.[15]
Bor nitrür seramikler, mükemmel termal ve kimyasal kararlılığı nedeniyle, geleneksel olarak yüksek sıcaklık ekipmanlarında kullanılır. h-BN seramik, alaşım, reçine, plastik, kauçuk ve diğer malzemelere dahil edilebilir ve bu malzemelere kendi kendini yağlama özelliği kazandırır. Bu tür malzemeler, örneğin rulman ve çelik yapımında uygundur.[15] BN ile doldurulmuş plastikler daha az termal genleşme, daha yüksek termal iletkenlik ve elektrik direncine sahiptir. Mükemmel dielektrik ve termal özellikleri nedeniyle BN, elektronikte yarı iletkenler için bir substrat, mikrodalgaya şeffaf pencereler, termal macunlarda ısı iletken ancak elektriksel olarak yalıtkan bir dolgu maddesi ve contalar için yapısal bir malzeme olarak kullanılır.[41] Birçok kuantum cihazı, alt tabaka malzemesi olarak çok katmanlı h-BN kullanır. Dirençli rastgele erişimli belleklerde dielektrik olarak da kullanılabilir.[42][43]
Hexagonal BN, xerografi ve lazer yazıcılarda, fotoğraf tamburunun şarj sızıntısı bariyer tabakası olarak kullanılır.[44] Otomotiv endüstrisinde, yakıt akışını ayarlamak için geri bildirim sağlayan oksijen sensörlerini kapatmak için bağlayıcı bor oksit ile karıştırılmış h-BN kullanılır. Bağlayıcı, h-BN'nin benzersiz sıcaklık stabilitesi ve yalıtım özelliklerini kullanır.[15]
Parçalar, dört ticari sınıf h-BN'den sıcak presleme ile yapılabilir. Grade HBN, bir bor oksit bağlayıcı içerir; oksitleyici atmosferde 550–850'°C ye kadar, vakumda 1600 °C'ye kadarkullanılabilir, ancak bor oksit içeriği nedeniyle suya karşı hassastır. HBR sınıfı bir kalsiyum borat bağlayıcı kullanır ve 1600'°C, HBC ve HBT sınıfları bağlayıcı içermez ve 3000 °C'ye kadar kullanılabilir.[45]
Bor nitrür nanotabakaları (h-BN), kimyasal buhar biriktirme düzeneğinde, borazinin ~1100 °C sıcaklıkta katalitik ayrışmasıyla biriktirilebilir. (yaklaşık 10cm2 a kadar olan alanlarda) Altıgen atomik yapıları, grafenle küçük kafes uyumsuzluğu (~%2) ve yüksek tekdüzelikleri sayesinde grafen tabanlı cihazlar için substrat olarak kullanılırlar.[46] BN nano tabakaları ayrıca mükemmel proton iletkenleridir. Yüksek elektriksel dirençle birleşen yüksek proton taşıma hızları, yakıt hücrelerinde ve su elektrolizinde uygulamalara yol açabilir.[47]
h-BN, 2000'lerin ortalarından beri, genellikle "moly" olarak adlandırılan molibden disülfit kaplamaya alternatif olarak hassas hedef tüfek uygulamalarında mermi ve delik yağlayıcı olarak kullanılmaktadır. Etkili namlu ömrü ve delik temizleme arasındaki aralıkları artırdığı ve ilk atış ile sonraki atışlar arasındaki sapmayı azalttığı iddia edilmektedir.[48]
Kübik BN
Kübik bor nitrür (c-BN) aşındırıcı olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.[49] Yararlılığı demir, nikel ve ilgili alaşımlarda yüksek sıcaklıklarda çözünmez (elmas bu metallerde çözünür) oluşundan gelir. Bu nedenle çeliği işlemek için çok kristalli c-BN aşındırıcılar kullanılırken, alüminyum alaşımları, seramikler ve taş için elmas aşındırıcılar tercih edilir. Yüksek sıcaklıklarda oksijen ile temas ettiğinde, BN bir bor oksit pasivasyon tabakası oluşturur. Bor nitrür, metal borür veya nitrürlerin ara katmanlarının oluşumu nedeniyle metallerle iyi bağlanır. Kesici takımların uçlarında kübik bor nitrür kristalleri içeren malzemeler sıklıkla kullanılmaktadır. Taşlama uygulamaları için reçine, gözenekli seramik ve yumuşak metaller gibi daha yumuşak bağlayıcılar kullanılır. Seramik bağlayıcılar da kullanılabilir. Ticari ürünler Borazon[50] ve "Elbor" veya "Cubonite" adlarıyla bilinir.[40]
Elmasın aksine, büyük c-BN topakları, basitçe c-BN tozlarının nitrojen akışında BN ayrışma sıcaklığının biraz altındaki sıcaklıklarda tavlanmasıyla üretilebilir. c-BN ve h-BN tozlarının kaynaşma yeteneği, büyük BN parçalarının ucuza üretilmesine olanak tanır.[40]
c-BN'deki yüksek termal iletkenlik ve elektrik özdirenç kombinasyonu, ısı yayıcılar için idealdir.
Kübik bor nitrürün hafif atomlardan oluşması, kimyasal ve mekanik sağlamlığı onu X-ışını membranları için popüler malzemelerden biri yapar: düşük kütle, küçük X-ışını absorpsiyonu ile sonuçlanır ve iyi mekanik özellikler, ince membranların kullanılmasına izin vererek absorpsiyonu daha da azaltır.[51]
Amorf BN
Bazı yarı iletken cihazlarda a-BN katmanları kullanılır, örneğin MOSFET'ler. Trikloro borazinin sezyum ile kimyasal ayrışması veya termal kimyasal buhar biriktirme yöntemleri ile hazırlanabilirler. Termal CVD, h-BN katmanlarının veya yüksek sıcaklıklarda c-BN'nin biriktirilmesi için de kullanılabilir.[52]
Atomik incelikte bor nitrür
Altıgen boron nitrür, tek veya pul pul birkaç atomik katman tabakasına dökülebilir. Grafeninkine benzer yapısından dolayı bazen beyaz grafen olarak adlandırılır.[53]
Mekanik özellikler
Atomik incelikte bor nitrür, elektriksel olarak en güçlü yalıtkan malzemelerden biridir. Tek tabakalı bor nitrürün ortalama Young modülü 0.865TPa ve kırılma mukavemeti 70.5GPa'dır; artan kalınlıkla mukavemeti önemli ölçüde azalan grafenin aksine, birkaç tabakalı bor nitrür levhalar, tek tabakalı bor nitrürünkine benzer bir mukavemete sahiptir.[54]
Termal iletkenlik
Atomik incelikte bor nitrür, elektriksel yarı iletken ve yalıtkanlar arasında en yüksek termal iletkenlik katsayılarından birine (oda sıcaklığında 851 W/mK) sahiptir. Az katman içi bağlantı nedeniyle azaltılan kalınlıkla termal iletkenliği artar.[55]
Termal kararlılık
Grafenin hava kararlılığı net bir kalınlık bağımlılığı gösterir: tek katmanlı grafen 250 °C'de oksijene karşı reaktiftir, 300 °C'de güçlü bir şekilde katkılanır ve 450 °C'de aşındırılır; bunun aksine, yığın grafit 800 °C'ye kadar oksitlenmez.[56] Atomik incelikte bor nitrür, grafenden çok daha iyi oksidasyon direncine sahiptir. Tek katmanlı bor nitrür havada 700 °C'ye kadar oksitlenmez ve 850 °C 'ye kadar dayanabilir; iki katmanlı ve üç katmanlı boron nitrür nano-tabakalar biraz daha yüksek oksidasyon başlangıç sıcaklıklarına sahiptir.[57] Mükemmel termal kararlılık, gaz ve sıvıya karşı yüksek geçirimsizlik ve elektrik yalıtımı, metallerin[58][59] ve siyah fosfor gibi diğer iki boyutlu (2D) malzemelerin yüzey oksidasyonu ve korozyonunu önlemek için atomik incelikte bor nitrürü potansiyel kaplama malzemeleri yapar.[60]
Daha iyi yüzey adsorpsiyonu
Atomik incelikte bor nitrürün, altıgen bor nitrür yığınından daha iyi yüzey adsorpsiyon yeteneklerine sahip olduğu bulunmuştur.[61] İnce bor nitrür, moleküllerin yüzey adsorpsiyonu üzerine konformasyonel değişikliklerle adsorpsiyon enerjisi ve verimini arttırır. BN nanotabakaların atomik kalınlığının, yüksek esnekliğinin, daha güçlü yüzey adsorpsiyon kapasitesinin, elektriksel yalıtımının, geçirimsizliğinin, yüksek termal ve kimyasal kararlılığının sinerjik etkisi, Raman hassasiyetini iki dereceye kadar artırabilir ve bu arada, diğer malzemelerle elde edilemeyen uzun vadeli kararlılık ve olağanüstü yeniden kullanılabilirlik elde edebilir.[62][63]
Dielektrik özellikler
Atomik kalınlıkta altıgen bor nitrür, grafen, molibden disülfid (MoS
2) ve diğer birçok 2B malzeme tabanlı elektronik ve fotonik cihazlar gibi mükemmel bir dielektrik malzemedir. Elektrik kuvvet mikroskobu atomik incelikte bor nitrürdeki elektrik alan taraması, ilk prensip hesaplamaları tarafından ortaya çıkarılan birkaç katmanlı bor nitrür içindeki elektrik alanının düzgün bozulmasıyla uyumlu olan, kalınlığa zayıf bir bağımlılık gösterir.[56]
Raman özellikleri
Raman spektroskopisi, çeşitli 2B malzemeleri incelemek için yararlı bir araç olmuştur ve yüksek kaliteli atomik incelikte boron nitrürün Raman imzası ilk olarak Gorbachev ve arkadaşlarıyla Li ve ark.[57] tarafından rapor edilmiştir. (2011)[64] Ancak, tek tabakalı boron nitrürün bildirilen iki Raman sonucu birbiriyle uyuşmuyordu. Bu nedenle Cai ve diğerleri, atomik olarak ince bor nitrürün içsel Raman spektrumunu ortaya çıkarmak için sistematik çalışmalar yürütmüştür.[65] Bir substrat ile etkileşime girmeyen atomik olarak ince bor nitrürün, toplu altıgen boron nitrürünkine benzer bir G bandı frekansına sahip olduğunu, ancak substrat tarafından indüklenen suşun Raman kaymalarına neden olabileceğini ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, atomik olarak ince bor nitrürün G bandının Raman yoğunluğu, tabaka kalınlığını ve numune kalitesini tahmin etmek için kullanılabilir.
Bor nitrür nanoağı
Bor nitrür nanomesh, nanoyapılı iki boyutlu bir malzemedir. Temiz bir rodyum [67] veya rutenyum [68] yüzeyinin ultra yüksek sıcaklık ve vakum altında borazine maruz bırakılmasıyla düzenli bir ağ oluşturan tek bir BN katmanından oluşur. Nanomesh, altıgen gözeneklerin bir araya gelmesi gibi görünüyor. İki gözenek merkezi arasındaki mesafe 3.2 nm ve gözenek çapı ~2 nmdir. Bu malzeme için diğer terimler boronitren veya beyaz grafendir.[69]
Bor nitrür nanomesh yalnızca vakum,[67] hava[70] ve bazı sıvılar[71][72] altında ayrışmaya karşı değil, aynı zamanda 800 °C'ye kadar sıcaklıklarda kararlıdır.[67] Ek olarak, nanomesh gözeneklere benzer boyutlara sahip olan molekülleri[71] ve metalik kümeleri[68] yakalayarak iyi düzenlenmiş bir dizi oluşturmak için olağanüstü bir yetenek gösterir. Bu özellikler, nanomesh'in kataliz, yüzey işlevselleştirme, spintronik, kuantum hesaplama ve sabit diskler gibi veri depolama ortamları gibi alanlarda ilginç uygulamaları vadediyor.[73]
Bor nitrür nanotüpler
Bor nitrür tübülleri ilk olarak 1989 yılında Shore ve Dolan tarafından yapılmıştır. Çalışmanın 1989 yılında patenti alınmış, tezin ardından 1993 yılında Science'ta yayınlanmıştır. 1989 çalışması aynı zamanda B-trikloroborazin ve sezyum metali ile amorf BN'nin ilk hazırlanmasıydı.
Bor nitrür nanotüpleri 1994 yılında tahmin edilmiş,[75] 1995 yılında deneysel olarak kanıtlanmıştır.[76] Rulo haline getirilmiş bir h-bor nitrür tabakası olarak hayal edilebilirler. Yapısal olarak, karbon nanotüpün yakın bir analogudur, yani karbon atomlarının dönüşümlü olarak nitrojen ve bor atomları ile ikame edilmesi dışında, birkaç ila yüz nanometre çapında ve birkaç mikrometre uzunluğunda uzun bir silindirdir. Bununla birlikte, BN nanotüplerin özellikleri çok farklıdır: karbon nanotüpler, yuvarlanma yönü ve yarıçapa bağlı olarak metalik veya yarı iletken olabilirken, bir BN nanotüp, temel olarak tüp kiralitesi ve morfolojisinden bağımsız olarak ~5.5 eV bant aralığına sahip bir elektrik yalıtkanıdır.[77] Ek olarak, katmanlı bir BN yapısı, grafitli bir karbon yapısından çok daha termal ve kimyasal olarak kararlıdır.[78][79]
Bor nitrür aerojel
Bor nitrür aerojel, oldukça gözenekli BN'den yapılmış bir aerojeldir. Tipik olarak deforme olmuş BN nanotüpleri ve nanotabakaların bir karışımından oluşur. 0.6 mg/cm3 kadar düşük bir yoğunluk ve 1050 m2/g kadar yüksek bir spesifik yüzey alanına sahip olabilir ve ve bu nedenle emici, katalizör desteği ve gaz depolama ortamı olarak potansiyel uygulamalara sahiptir. BN aerojelleri oldukça hidrofobiktir ve ağırlıklarının 160 katına kadar yağ emebilir. 1200 °C'ye kadar sıcaklıklarda havadaki oksidasyona karşı dirençlidirler ve bu nedenle emilen yağ alevle yakıldıktan sonra tekrar kullanılabilir. BN aerojelleri, şablon destekli kimyasal buhar biriktirme ile besleme gazı olarak borazin kullanılarak hazırlanabilir.[66]
BN içeren kompozitler
Silisyum nitrür seramiklere bor nitrür eklenmesi malzemenin termal şok direncini arttırır. Silisyum nitrür aynı amaçla- alümina ve titanyum nitrür -alümina seramiklerine de BN eklenir. BN ile takviye edilen diğer malzemeler arasında alümina ve zirkonya, borosilikat camlar, cam seramikler, emayeler ve titanyum borür -bor nitrür, titanyum borür-alüminyum nitrür -bor nitrür ve silisyum karbür-bor nitrür bileşimi ile kompozit seramikler bulunur.[80]
Bor nitrür (yanında Si
3N
4 NbN ve BNC)'nin zayıf fibrojenik aktivite gösterdiği ve partikül formunda solunduğunda pnömokonyoza neden olduğu bildirilmiştir. Metal olmayan nitrürler için tavsiye edilen maksimum konsantrasyon BN için 10 ve AlN veya ZrN için 4 'mg/ m3 tür.[10]
Wikiwand in your browser!
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
