BORON NITRIDE (BN): CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, SẢN XUẤT, SỬ DỤNG - VẬT LÝ - 2026

Các nitride boron là một rắn vô cơ hình thành bởi sự kết hợp của một nguyên tử boron (B) với một nguyên tử nitơ (N). Công thức hóa học của nó là BN. Nó là một chất rắn màu trắng, chịu được nhiệt độ cao và là chất dẫn nhiệt tốt. Ví dụ, nó được sử dụng để làm chén nung trong phòng thí nghiệm.

Boron nitride (BN) có khả năng chống lại nhiều axit, tuy nhiên, nó có một điểm yếu nhất định là bị axit flohydric và các bazơ nóng chảy tấn công. Nó là một chất cách điện tốt.

Cấu trúc của bo nitrua (BN). Akeramop. Nguồn: Wikimedia Commons.

Nó thu được ở các cấu trúc tinh thể khác nhau, trong đó quan trọng nhất là hình lục giác và hình khối. Cấu trúc lục giác giống như than chì và trơn, đó là lý do tại sao nó được sử dụng làm chất bôi trơn.

Cấu trúc hình khối cứng gần như kim cương và được sử dụng để chế tạo dụng cụ cắt và cải thiện độ dẻo dai của các vật liệu khác.

Boron nitride có thể tạo ra các ống cực nhỏ (cực mỏng) được gọi là ống nano, có các ứng dụng y tế, chẳng hạn như vận chuyển trong cơ thể và giải phóng thuốc chống lại các khối u ung thư.

Kết cấu

Boron nitride (BN) là một hợp chất mà nguyên tử bo và nitơ được liên kết cộng hóa trị với một liên kết ba.

Một phân tử nitrua bo cô lập có một nguyên tử bo và một nguyên tử nitơ nối với nhau bằng một liên kết ba. 27. Nguồn: Wikimedia Commons.

Trong pha rắn, BN được tạo thành từ một số nguyên tử bo và nitơ bằng nhau ở dạng vòng 6 cạnh.

Các cấu trúc cộng hưởng của một vòng BN. Tác giả: Teachi. Nguồn: Wikimedia Commons.

BN tồn tại ở bốn dạng tinh thể: lục phương (h-BN) tương tự như than chì, lập phương (c-BN) tương tự như kim cương, hình thoi (r-BN) và wurtzite (w-BN).

Cấu trúc của h-BN tương tự như cấu trúc của graphit, đó là, nó có mặt phẳng của các vòng lục giác có các nguyên tử bo và nitơ xen kẽ.

Cấu trúc ở dạng các mặt phẳng riêng biệt của nitrua bo lục giác. 27. Nguồn: Wikimedia Commons.

Có một khoảng cách lớn giữa các mặt phẳng h-BN cho thấy rằng chúng chỉ được kết hợp bởi lực van der Waals, lực hút rất yếu và các mặt phẳng có thể dễ dàng trượt qua nhau.

Vì lý do này, h-BN có màu kem khi chạm vào.

Cấu trúc của khối BN c-BN tương tự như hình thoi.

So sánh giữa nitrit bo bậc ba (trái) và lục giác (phải). from: Benutzer: Oddball, phiên bản vector của chris 論. Nguồn: Wikimedia Commons.

Danh pháp

Nitơ boron

Tính chất

Tình trạng thể chất

Chất rắn màu trắng nhờn hoặc trơn khi chạm vào.

Trọng lượng phân tử

24,82 g / mol

Độ nóng chảy

Thăng hoa ở khoảng 3000 ºC.

Tỉ trọng

Hệ lục phân BN = 2,25 g / cm ³

BN khối = 3,47 g / cm ³

Độ hòa tan

Ít tan trong cồn nóng.

Tính chất hóa học

Do liên kết mạnh giữa nitơ và bo (liên kết ba), bo nitride có khả năng chống lại sự tấn công hóa học cao và rất ổn định.

Nó không hòa tan trong các axit như axit clohydric HCl, axit nitric HNO ₃ và axit sunfuric H ₂ SO ₄ . Nhưng nó có thể hòa tan trong các bazơ nóng chảy như liti hydroxit LiOH, kali hydroxit KOH và natri hydroxit NaOH.

Nó không phản ứng với hầu hết các kim loại, thủy tinh hoặc muối. Đôi khi nó phản ứng với axit photphoric H ₃ PO ₄ . Nó có thể chống lại quá trình oxy hóa ở nhiệt độ cao. BN bền trong không khí nhưng bị nước thủy phân chậm.

BN bị tấn công bởi khí flo F ₂ và bởi axit flohydric HF.

Các tính chất vật lý khác

Nó có tính dẫn nhiệt cao, độ bền nhiệt cao và điện trở suất điện cao, tức là nó là chất cách điện tốt. Nó có diện tích bề mặt cao.

H-BN (BN lục giác) là chất rắn không cứng khi chạm vào, tương tự như graphit.

Khi nung h-BN ở nhiệt độ và áp suất cao, nó chuyển thành dạng khối c-BN cực kỳ cứng. Theo một số nguồn tin thì nó có khả năng làm xước viên kim cương.

Vật liệu dựa trên BN có khả năng hấp thụ chất gây ô nhiễm vô cơ (chẳng hạn như các ion kim loại nặng) và chất gây ô nhiễm hữu cơ (như thuốc nhuộm và phân tử thuốc).

Hấp thụ có nghĩa là bạn tương tác với chúng và có thể hấp thụ hoặc hấp thụ chúng.

Thu được

Bột h-BN được điều chế bằng cách cho bo trioxit B ₂ O ₃ hoặc axit boric H ₃ BO ₃ phản ứng với amoniac NH ₃ hoặc với urê NH ₂ (CO) NH ₂ trong môi trường nitơ N ₂ .

Ngoài ra BN có thể thu được bằng cách phản ứng bo với amoniac ở nhiệt độ rất cao.

Một cách khác để điều chế nó là từ amoniac diborane B ₂ H ₆ và NH ₃ sử dụng khí trơ và nhiệt độ cao (600-1080 ° C):

B ₂ H ₆ + 2 NH ₃ → 2 BN + 6 H ₂

Các ứng dụng

H-BN (nitrua bo lục giác) có nhiều ứng dụng quan trọng khác nhau dựa trên các tính chất của nó:

-Là chất bôi trơn rắn

-Là chất phụ gia cho mỹ phẩm

-Trong chất cách điện nhiệt độ cao

-Trong chén nung và bình phản ứng

-Trong khuôn và bình bay hơi

- Để lưu trữ hydro

-Trong xúc tác

- Hấp thụ các chất ô nhiễm từ nước thải

Nitrua bo khối (c-BN) cho độ cứng gần như bằng kim cương được sử dụng:

-Trong các dụng cụ cắt để gia công các vật liệu cứng, chẳng hạn như thép hợp kim cứng, gang và thép công cụ

- Cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn của các vật liệu cứng khác như một số loại gốm sứ cho các dụng cụ cắt.

Một số dụng cụ cắt có thể chứa nitrit bo để tăng độ cứng. Tác giả: Michael Schwarzenberger. Nguồn: Pixabay.

- Công dụng của màng mỏng BN

Chúng rất hữu ích trong công nghệ thiết bị bán dẫn, là thành phần của thiết bị điện tử. Chúng phục vụ ví dụ:

-Để chế tạo điốt phẳng; điốt là thiết bị cho phép dòng điện chỉ lưu thông theo một chiều

-Trong điốt bộ nhớ bằng kim loại-cách điện-bán dẫn, chẳng hạn như Al-BN-SiO ₂ -Si

-Trong mạch tích hợp như một bộ giới hạn điện áp

- Để tăng độ cứng của một số vật liệu

-Để bảo vệ một số vật liệu khỏi bị oxi hóa

- Tăng tính ổn định hóa học và cách điện của nhiều loại thiết bị

-Trong tụ điện màng mỏng

Một số điốt và tụ điện có thể chứa boron nitride. Tác giả: Sinisa Maric. Nguồn: Pixabay.

- Công dụng của ống nano BN

Ống nano là cấu trúc mà ở cấp độ phân tử có hình dạng giống như ống. Chúng là những ống nhỏ đến mức chỉ có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi đặc biệt.

Dưới đây là một số đặc điểm của ống nano BN:

- Chúng có tính kỵ nước cao, tức là chúng đẩy lùi nước

-Chúng có khả năng chống oxy hóa và nhiệt cao (có thể chống oxy hóa lên đến 1000 ° C)

- Thể hiện khả năng lưu trữ hydro cao

-Hấp thụ bức xạ

-Chúng là chất cách điện rất tốt

-Chúng có độ dẫn nhiệt cao

-Có khả năng chống oxy hóa tuyệt vời ở nhiệt độ cao có nghĩa là chúng có thể được sử dụng để tăng độ ổn định oxy hóa của bề mặt.

-Vì tính kỵ nước của chúng, chúng có thể được sử dụng để chuẩn bị các bề mặt siêu kỵ nước, tức là chúng không có ái lực với nước và nước không thấm qua chúng.

-Ống nano -BN cải thiện tính chất của một số vật liệu, ví dụ, nó đã được sử dụng để tăng độ cứng và khả năng chống gãy của thủy tinh.

Các ống nano boron nitride quan sát dưới kính hiển vi. Keun Su Kim và cộng sự. . Nguồn: Wikimedia Commons.

Trong các ứng dụng y tế

Ống nano BN đã được thử nghiệm làm chất mang các loại thuốc ung thư như doxorubicin. Một số chế phẩm với những vật liệu này làm tăng hiệu quả của hóa trị với loại thuốc nói trên.

Theo một số kinh nghiệm, ống nano BN đã được chứng minh là có tiềm năng vận chuyển các loại thuốc mới và giải phóng chúng đúng cách.

Việc sử dụng ống nano BN trong vật liệu sinh học cao phân tử đã được nghiên cứu để tăng độ cứng, tốc độ suy thoái và độ bền của chúng. Đây là những vật liệu được sử dụng ví dụ như trong cấy ghép chỉnh hình.

Như cảm biến

Ống nano BN đã được sử dụng để chế tạo các thiết bị mới để phát hiện độ ẩm, carbon dioxide CO ₂ và chẩn đoán lâm sàng. Các cảm biến này đã chứng tỏ phản ứng nhanh và thời gian phục hồi ngắn.

Độc tính có thể có của vật liệu BN

Có một số lo ngại về tác dụng độc hại có thể có của ống nano BN. Không có sự đồng thuận rõ ràng về độc tính tế bào của chúng, vì một số nghiên cứu chỉ ra rằng chúng gây độc cho tế bào, trong khi những nghiên cứu khác chỉ ra điều ngược lại.

Điều này là do tính kỵ nước hoặc không hòa tan trong nước, vì nó gây khó khăn cho việc thực hiện các nghiên cứu về vật liệu sinh học.

Một số nhà nghiên cứu đã phủ lên bề mặt của ống nano BN bằng các hợp chất khác có lợi cho khả năng hòa tan của chúng trong nước, nhưng điều này đã làm tăng thêm độ không chắc chắn trong các trải nghiệm.

Mặc dù hầu hết các nghiên cứu chỉ ra rằng mức độ độc hại của nó thấp, nhưng người ta ước tính rằng cần phải tiến hành các cuộc điều tra chính xác hơn.

Người giới thiệu

1. Xiong, J. và cộng sự. (Năm 2020). Chất hấp phụ boron nitride lục giác: Tổng hợp, điều chỉnh hiệu suất và các ứng dụng. Tạp chí Hóa học Năng lượng 40 (2020) 99-111. Được khôi phục từ reader.elsevier.com.
2. Mukasyan, AS (2017). Nitơ boron. Trong Bách Khoa Toàn Thư Ngắn Gọn Về Sự Tổng Hợp Nhiệt Độ Cao Tự Tuyên Truyền. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
3. Kalay, S. và cộng sự. (2015). Tổng hợp ống nano boron nitrua và ứng dụng của chúng. Beilstein J. Nanotechnol. 2015, 6, 84-102. Đã khôi phục từ ncbi.nlm.nih.gov.
4. Arya, SPS (1988). Điều chế, tính chất và ứng dụng của màng mỏng Boron Nitride. Thin Solid Films, 157 (1988) 267-282. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
5. Zhang, J. và cộng sự. (2014). Vật liệu tổng hợp ma trận gốm có chứa boron nitride khối dùng cho các dụng cụ cắt. Những tiến bộ trong hỗn hợp ma trận gốm. Được khôi phục từ sciricalirect.com.
6. Cotton, F. Albert và Wilkinson, Geoffrey. (1980). Hóa học Vô cơ nâng cao. Ấn bản thứ tư. John Wiley và các con trai.
7. Sudarsan, V. (2017). Vật liệu cho Môi trường Hóa chất thù địch. Vật liệu trong điều kiện khắc nghiệt. Được khôi phục từ sciricalirect.com
8. Dean, JA (chủ biên) (1973). Lange's Handbook of Chemistry. Công ty McGraw-Hill.
9. Mahan, BH (1968). Hóa học Đại học. Fondo Educativo Interamericano, SA