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À la découverte des trois formes cristallines du nitrure de bore : connaissez-vous leurs secrets ?
Le nitrure de bore (BN) est un composé résistant aux températures élevées et aux produits chimiques composé de bore et d'azote. Sa formule chimique est BN. Il présente une variété de formes cristallines qui diffèrent du réseau de carbone structurellement similaire. Cet article vous donnera une compréhension approfondie des trois principales formes cristallines de nitrure de bore : le BN amorphe, le BN hexagonal et le BN cubique, ainsi que leurs propriétés et applications respectives.
L'histoire du nitrure de bore
La découverte du nitrure de bore remonte à 1842, lorsque William Henry Balman, professeur de chimie au Liverpool College en Angleterre, synthétisa pour la première fois le nitrure de bore par la réaction de réduction de l'acide borique et du charbon de bois en présence de cyanure de potassium.
Structure et forme
Le nitrure de bore existe sous diverses formes, chacune avec une disposition différente des atomes de bore et d'azote, ce qui lui confère des propriétés physiques différentes. Regardons les principales formes de ces cristaux.
Forme amorphe (a-BN)
La forme amorphe du nitrure de bore (a-BN) est non cristalline et manque de toute régularité atomique sur de longues distances. Ses propriétés sont similaires à celles du carbone amorphe et conviennent à une utilisation dans certaines situations particulières.
Forme hexagonale (h-BN)
Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est la forme cristalline la plus stable et la plus largement utilisée. Sa structure en couches est similaire à celle du graphite, avec des atomes d'azote et de bore entre les couches reliés par de fortes liaisons covalentes, tandis que les couches interagissent les unes avec les autres par des forces de van der Waals plus faibles.
La monocouche hexagonale de nitrure de bore est similaire au graphène, mais son apparence est blanche et électriquement isolante, ce qui la rend potentiellement utile dans les appareils électroniques.
Forme cubique (c-BN)
Le nitrure de bore cubique (c-BN) a une structure similaire à celle du diamant. Bien qu'il soit moins stable que l'hexagonal, il conserve ses propriétés dans des environnements à haute température et pression. Le nitrure de bore cubique est largement utilisé dans les outils de traitement du minerai car il résiste à l'oxydation à haute température.
Forme wiltzite (w-BN)
La forme wiltzite du nitrure de bore (w-BN) est une structure rare similaire aux homologues du graphite. Bien que les recherches actuelles sur ce phénomène soient encore limitées, sa prédiction de l’intensité potentielle en fait un axe de recherche.
Propriétés physiques du nitrure de bore
Les formes cristallines du nitrure de bore ont chacune des propriétés physiques différentes. Par exemple, la dureté et la conductivité du nitrure de bore hexagonal sont relativement élevées dans son plan et fortement réduites perpendiculairement au plan.
Le nitrure de bore sous ses formes cubique et wiltzite présente des propriétés mécaniques plus cohérentes dans toutes les directions, ce qui le rend plus attractif pour l'industrie.
Stabilité thermique et stabilité chimique
Le nitrure de bore hexagonal est extrêmement supérieur en termes de stabilité thermique. Il peut résister à la décomposition dans l'air jusqu'à 1 000 °C et même jusqu'à 2 800 °C dans un environnement de gaz inerte. De plus, le nitrure de bore est relativement résistant aux acides généraux, mais est soluble dans certains sels fondus alcalins et nitrures.
Synthèse et application
La synthèse du nitrure de bore repose principalement sur des réactions de conversion et des méthodes de traitement à haute pression et haute température. L'acide borique ou l'oxyde de bore réagit avec l'ammoniac pour générer du nitrure de bore. En raison de ses excellentes propriétés lubrifiantes, le nitrure de bore hexagonal a été largement utilisé et joue un rôle important dans les lubrifiants, les céramiques, les appareils électroniques et d’autres domaines.
Le nitrure de bore cubique, quant à lui, est utilisé dans la fabrication d'outils et d'abrasifs, notamment lors de l'usinage de l'acier, et offre des avantages différents de ceux du diamant. De plus, le nitrure de bore amorphe trouve progressivement des applications dans les dispositifs semi-conducteurs, notamment dans les MOSFET.
Conclusion
En résumé, le nitrure de bore a des formes cristallines diversifiées et présente ses propres propriétés particulières dans différentes applications industrielles. Ces trois formes cristallines majeures font non seulement progresser notre compréhension du nitrure de bore, mais ouvrent également de nouvelles possibilités pour de nouveaux modèles de science des matériaux à l'avenir. Alors, comment ces formes matérielles uniques affecteront-elles le développement technologique futur ?
