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Erkunden Sie die drei Kristallformen von Bornitrid: Kennen Sie ihre Geheimnisse?
Bornitrid (BN) ist eine hochtemperaturbeständige und chemikalienbeständige Verbindung aus Bor und Stickstoff. Die chemische Formel lautet BN. Es weist eine Vielzahl von Kristallformen auf, die sich vom strukturell ähnlichen Kohlenstoffgitter unterscheiden. Dieser Artikel vermittelt Ihnen ein detailliertes Verständnis der drei wichtigsten Kristallformen von Bornitrid: amorphes BN, hexagonales BN und kubisches BN sowie deren jeweilige Eigenschaften und Anwendungen.
Die Geschichte von Bornitrid
Die Entdeckung von Bornitrid lässt sich bis ins Jahr 1842 zurückverfolgen, als William Henry Balman, ein Chemielehrer am Liverpool College in England, erstmals Bornitrid durch die Reduktionsreaktion von Borsäure und Holzkohle in Gegenwart von Kaliumcyanid synthetisierte.
Struktur und Form
Bornitrid gibt es in verschiedenen Formen, jede mit einer unterschiedlichen Anordnung von Bor- und Stickstoffatomen, was ihm unterschiedliche physikalische Eigenschaften verleiht. Schauen wir uns die Hauptformen dieser Kristalle an.
Amorphe Form (a-BN)
Die amorphe Form von Bornitrid (a-BN) ist nicht kristallin und weist über große Entfernungen keine atomare Regelmäßigkeit auf. Seine Eigenschaften ähneln denen von amorphem Kohlenstoff und eignen sich für den Einsatz in einigen besonderen Situationen.
Sechseckige Form (h-BN)
Hexagonales Bornitrid (h-BN) ist die stabilste und am weitesten verbreitete Kristallform. Seine Schichtstruktur ähnelt der von Graphit, wobei Stickstoff- und Boratome zwischen den Schichten durch starke kovalente Bindungen verbunden sind, während die Schichten durch schwächere Van-der-Waals-Kräfte miteinander interagieren.
Die hexagonale Bornitrid-Monoschicht ähnelt Graphen, sieht jedoch weiß und elektrisch isolierend aus, was sie möglicherweise für elektronische Geräte nützlich macht.
Kubische Form (c-BN)
Kubisches Bornitrid (c-BN) hat eine diamantähnliche Struktur. Obwohl es weniger stabil als sechseckig ist, behält es seine Eigenschaften auch in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohem Druck. Kubisches Bornitrid wird häufig in Erzverarbeitungswerkzeugen verwendet, da es bei hohen Temperaturen einer Oxidation widersteht.
Wiltzit-Form (w-BN)
Die Wiltzit-Form von Bornitrid (w-BN) ist eine seltene Struktur, die den Homologen von Graphit ähnelt. Obwohl die aktuelle Forschung noch begrenzt ist, ist es aufgrund seiner potenziellen Intensitätsvorhersage ein Forschungsschwerpunkt.
Physikalische Eigenschaften von Bornitrid
Die kristallinen Formen von Bornitrid haben jeweils unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Beispielsweise sind die Härte und Leitfähigkeit von hexagonalem Bornitrid in seiner Ebene relativ hoch und senkrecht zur Ebene stark verringert.
Bornitrid in seinen kubischen und Wiltzit-Formen weist in allen Richtungen gleichmäßigere mechanische Eigenschaften auf, was es für die Industrie attraktiver macht.
Thermische Stabilität und chemische Stabilität
Hexagonales Bornitrid ist hinsichtlich der thermischen Stabilität äußerst überlegen. Es widersteht einer Zersetzung an der Luft bis zu 1000 °C und sogar bis zu 2800 °C in einer Inertgasumgebung. Darüber hinaus ist Bornitrid relativ beständig gegenüber allgemeinen Säuren, ist jedoch in bestimmten alkalischen Salzschmelzen und Nitriden löslich.
Synthese und Anwendung
Die Synthese von Bornitrid beruht hauptsächlich auf Umwandlungsreaktionen und Hochdruck- und Hochtemperaturbehandlungsmethoden. Borsäure oder Boroxid reagieren mit Ammoniak, um Bornitrid zu erzeugen. Aufgrund seiner hervorragenden Schmiereigenschaften wird hexagonales Bornitrid häufig verwendet und spielt eine wichtige Rolle in Schmiermitteln, Keramik, elektronischen Geräten und anderen Bereichen.
Kubisches Bornitrid hingegen wird zur Herstellung von Werkzeugen und Schleifmitteln, insbesondere bei der Bearbeitung von Stahl, verwendet und bietet andere Vorteile als Diamant. Darüber hinaus findet amorphes Bornitrid nach und nach Anwendung in Halbleiterbauelementen, insbesondere in MOSFETs.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Bornitrid vielfältige Kristallformen aufweist und in verschiedenen industriellen Anwendungen seine eigenen besonderen Eigenschaften aufweist. Diese drei Hauptkristallformen erweitern nicht nur unser Verständnis von Bornitrid, sondern eröffnen auch neue Möglichkeiten für neue materialwissenschaftliche Vorlagen in der Zukunft. Wie werden sich diese einzigartigen Materialformen auf die zukünftige technologische Entwicklung auswirken?
