Language
Country/Area
No result found
Khám phá ba dạng tinh thể của boron nitride: Bạn có biết bí mật của chúng không?
Boron nitride (BN) là một hợp chất chịu nhiệt độ cao và kháng hóa chất bao gồm boron và nitơ. Nó có nhiều dạng tinh thể khác với mạng carbon có cấu trúc tương tự. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu sâu hơn về ba dạng tinh thể boron nitride chính: BN vô định hình, BN lục giác và BN khối, cũng như các đặc tính và ứng dụng tương ứng của chúng.
Lịch sử của boron nitrit
Việc phát hiện ra boron nitride có thể bắt nguồn từ năm 1842, khi William Henry Balman, giáo viên hóa học tại Đại học Liverpool ở Anh, lần đầu tiên tổng hợp được boron nitride thông qua phản ứng khử của axit boric và than củi với sự có mặt của kali xyanua.
Cấu trúc và hình thức
Boron nitride tồn tại ở nhiều dạng khác nhau, mỗi dạng có sự sắp xếp khác nhau của các nguyên tử boron và nitơ, khiến nó có những đặc tính vật lý khác nhau. Chúng ta hãy nhìn vào các hình thức chính của những tinh thể này.
Dạng vô định hình (a-BN)
Dạng vô định hình của boron nitride (a-BN) là không kết tinh và không có bất kỳ sự đều đặn nguyên tử nào trong khoảng cách xa. Tính chất của nó tương tự như carbon vô định hình và phù hợp để sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt.
Dạng lục giác (h-BN)
Boron nitride lục giác (h-BN) là dạng tinh thể ổn định nhất và được sử dụng rộng rãi. Cấu trúc phân lớp của nó tương tự như than chì, với các nguyên tử nitơ và boron giữa các lớp được kết nối bằng liên kết cộng hóa trị mạnh, trong khi các lớp tương tác với nhau bằng lực van der Waals yếu hơn.
Lớp đơn boron nitride hình lục giác tương tự như graphene, nhưng bề ngoài của nó có màu trắng và cách điện, khiến nó có tiềm năng hữu ích trong các thiết bị điện tử.
Dạng khối (c-BN)
Boron nitrit khối (c-BN) có cấu trúc tương tự như kim cương. Mặc dù kém ổn định hơn lục giác nhưng nó vẫn duy trì được đặc tính của mình trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao. Nitrua boron khối được sử dụng rộng rãi trong các công cụ chế biến quặng vì nó chống lại quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao.
Dạng Wiltzit (w-BN)
Dạng wiltzite của boron nitrit (w-BN) là một cấu trúc hiếm tương tự như chất tương đồng của than chì. Mặc dù nghiên cứu hiện tại về nó vẫn còn hạn chế, nhưng dự đoán cường độ tiềm năng của nó khiến nó trở thành trọng tâm nghiên cứu.
Tính chất vật lý của boron nitrit
Mỗi dạng tinh thể của Boron nitride đều có những đặc tính vật lý khác nhau. Ví dụ, độ cứng và độ dẫn điện của boron nitrit lục giác tương đối cao trong mặt phẳng của nó và giảm đi rất nhiều theo phương vuông góc với mặt phẳng.
Boron nitride ở dạng lập phương và wiltzite thể hiện các tính chất cơ học ổn định hơn theo mọi hướng, khiến nó trở nên hấp dẫn hơn đối với ngành công nghiệp.
Ổn định nhiệt và ổn định hóa học
Boron nitride lục giác cực kỳ vượt trội về độ ổn định nhiệt. Nó có thể chịu được sự phân hủy trong không khí lên tới 1000 °C và thậm chí lên tới 2800 °C trong môi trường khí trơ. Ngoài ra, boron nitride tương đối bền với các axit thông thường, nhưng hòa tan trong một số muối và nitrit nóng chảy có tính kiềm.
Tổng hợp và ứng dụng
Quá trình tổng hợp boron nitride chủ yếu dựa vào các phản ứng chuyển đổi và phương pháp xử lý ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Axit boric hoặc oxit boron phản ứng với amoniac để tạo ra boron nitride. Do đặc tính bôi trơn tuyệt vời, boron nitrit lục giác đã được sử dụng rộng rãi và đóng vai trò quan trọng trong chất bôi trơn, gốm sứ, thiết bị điện tử và các lĩnh vực khác.
Mặt khác, boron nitrit khối được sử dụng để chế tạo công cụ và vật liệu mài mòn, đặc biệt là khi gia công thép và mang lại những ưu điểm khác so với kim cương. Ngoài ra, boron nitride vô định hình đang dần tìm thấy ứng dụng trong các thiết bị bán dẫn, đặc biệt là trong MOSFET.
Kết luận
Tóm lại, boron nitride có dạng tinh thể đa dạng và thể hiện các tính chất đặc biệt của riêng nó trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau. Ba dạng tinh thể chính này không chỉ nâng cao hiểu biết của chúng ta về boron nitride mà còn mở ra những khả năng mới cho các mẫu khoa học vật liệu mới trong tương lai. Vậy, những dạng vật chất độc đáo này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển công nghệ trong tương lai?
