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Explore as três formas cristalinas de nitreto de boro: você conhece seus segredos?
O nitreto de boro (BN) é um composto resistente a altas temperaturas e a produtos químicos composto de boro e nitrogênio. Sua fórmula química é BN. Possui uma variedade de formas cristalinas que diferem da estrutura de carbono estruturalmente semelhante. Este artigo lhe dará uma compreensão aprofundada das três principais formas de cristal de nitreto de boro: BN amorfo, BN hexagonal e BN cúbico, bem como suas respectivas propriedades e aplicações.
A história do nitreto de boro
A descoberta do nitreto de boro remonta a 1842, quando William Henry Balman, professor de química no Liverpool College, na Inglaterra, sintetizou pela primeira vez o nitreto de boro através da reação de redução de ácido bórico e carvão na presença de cianeto de potássio.
Estrutura e forma
O nitreto de boro existe em diversas formas, cada uma com um arranjo diferente de átomos de boro e nitrogênio, o que lhe confere propriedades físicas diferentes. Vejamos as principais formas desses cristais.
Forma amorfa (a-BN)
A forma amorfa do nitreto de boro (a-BN) não é cristalina e carece de qualquer regularidade atômica em longas distâncias. Suas propriedades são semelhantes às do carbono amorfo e são adequadas para uso em algumas situações especiais.
Forma hexagonal (h-BN)
O nitreto de boro hexagonal (h-BN) é a forma de cristal mais estável e amplamente utilizada. Sua estrutura em camadas é semelhante à grafite, com átomos de nitrogênio e boro entre as camadas conectadas por fortes ligações covalentes, enquanto as camadas interagem entre si por forças de van der Waals mais fracas.
A monocamada hexagonal de nitreto de boro é semelhante ao grafeno, mas sua aparência é branca e eletricamente isolante, tornando-a potencialmente útil em dispositivos eletrônicos.
Forma cúbica (c-BN)
O nitreto cúbico de boro (c-BN) tem uma estrutura semelhante à do diamante. Embora seja menos estável que o hexagonal, ainda mantém suas propriedades em ambientes de alta temperatura e pressão. O nitreto cúbico de boro é amplamente utilizado em ferramentas de processamento de minério porque resiste à oxidação em altas temperaturas.
Formulário Wiltzite (w-BN)
A forma wiltzita do nitreto de boro (w-BN) é uma estrutura rara semelhante a um homólogo do grafite. Embora a pesquisa atual sobre o assunto ainda seja limitada, sua previsão de intensidade potencial torna-o um foco de pesquisa.
Propriedades físicas do nitreto de boro
Cada forma cristalina do nitreto de boro possui propriedades físicas diferentes. Por exemplo, a dureza e a condutividade do nitreto de boro hexagonal são relativamente altas em seu plano e bastante reduzidas perpendicularmente ao plano.
O nitreto de boro em suas formas cúbica e wiltzita apresenta propriedades mecânicas mais consistentes em todas as direções, tornando-o mais atraente para a indústria.
Estabilidade térmica e estabilidade química
O nitreto de boro hexagonal é extremamente superior em termos de estabilidade térmica. Ele pode suportar a decomposição no ar até 1.000 °C e até 2.800 °C em um ambiente de gás inerte. Além disso, o nitreto de boro é relativamente resistente a ácidos gerais, mas é solúvel em certos sais alcalinos fundidos e nitretos.
Síntese e Aplicação
A síntese de nitreto de boro depende principalmente de reações de conversão e métodos de tratamento de alta pressão e alta temperatura. O ácido bórico ou óxido de boro reage com amônia para gerar nitreto de boro. Devido às suas excelentes propriedades de lubrificação, o nitreto de boro hexagonal tem sido amplamente utilizado e desempenha um papel importante em lubrificantes, cerâmicas, dispositivos eletrônicos e outros campos.
O nitreto cúbico de boro, por outro lado, é usado na fabricação de ferramentas e abrasivos, principalmente na usinagem de aço, e oferece vantagens diferentes do diamante. Além disso, o nitreto de boro amorfo está gradualmente encontrando aplicações em dispositivos semicondutores, especialmente em MOSFETs.
Conclusão
Em resumo, o nitreto de boro possui formas cristalinas diversificadas e exibe suas próprias propriedades especiais em diferentes aplicações industriais. Essas três principais formas cristalinas não apenas avançam nossa compreensão do nitreto de boro, mas também abrem novas possibilidades para novos modelos de ciência de materiais no futuro. Então, como é que estas formas materiais únicas afetarão o desenvolvimento tecnológico futuro?
