نیترید بور (BN) یک ترکیب کریستالی مقاوم در برابر حرارت و مواد شیمیایی با خواص نسوز متشکل از بور و نیترید است. از آنجایی که BN در چند شکلی وجود دارد، به عنوان یک ترکیب بسیار مفید تکامل یافته است و هدف خود را در طیف وسیعی از صنایع و کاربردها پیدا کرده است.

در اینجا، با این موارد آشنا خواهید شد:

• خواص نیترید بور
• فرآیند تولید و اشکال نیترید بور
• کاربردهای نیترید بور

خواص نیترید بور

این ماده از ساختارهای شش ضلعی تشکیل شده است که به شکل کریستالی ظاهر می شود و معمولاً با گرافیت مقایسه می شود. ممکن است به شکل یک شبکه مسطح یا یک ساختار مکعبی باشد که هر دو مقاومت شیمیایی و حرارتی را حفظ می کنند که نیترید بور به آن معروف است.

• مقاومت حرارتی و شیمیایی: این ترکیب دارای نقطه ذوب 2973 درجه سانتیگراد و ضریب انبساط حرارتی به طور قابل توجهی بالاتر از الماس است. شکل شش ضلعی آن حتی زمانی که در دمای 1000 درجه سانتی گراد در هوای محیط قرار می گیرد در برابر تجزیه مقاومت می کند. نیترید بور در اسیدهای معمولی حل نمی شود.
• رسانایی گرمایی: در 1700 تا 2000 W/mK، نیترید بور دارای رسانایی گرمایی است که با گرافن قابل مقایسه است، ترکیبی شبیه به شبکه شش ضلعی اما از اتم‌های کربن تشکیل شده است.
• خاصیت روانکاری: نیترید بور توانایی افزایش ضریب اصطکاک روغن روان کننده را دارد و در عین حال پتانسیل سایش را کاهش می دهد.
• تراکم: بسته به شکل آن، چگالی آن از 2.1 تا 3.5 گرم در سانتی متر متغیر است³.

تولید و فرآوری

نیترید بور از طریق واکنش یک پیش ساز بور (یا اسید بوریک یا تری اکسید بور) با یک معرف حاوی نیتروژن (اوره یا آمونیاک) در فضای نیتروژن سنتز می شود.

این واکنش باعث تولید نیترید بور آمورف حاوی مقادیر کمی ناخالصی های تری اکسید بور می شود که ممکن است با تبخیر از طریق حرارت دادن در دمای بالای 1500 درجه سانتیگراد خالص شود.

تطبیق پذیری نیترید بور به عنوان یک ترکیب در تعداد اشکال و چند شکلی که در دنیای واقعی رخ می دهد مشهود است:

اشکال نیترید بور

شش ضلعی

این شکل از نیترید بور به دلیل خاصیت روان کنندگی بالا، هدایت الکتریکی و پایداری حرارتی، بیشترین تعداد کاربرد را دارد.

مکعبی

شکل مکعبی BN مانند الماس دارای مقاومت الکتریکی و هدایت حرارتی بسیار بالایی است. در اجزای فولادی حل نمی شود، در نتیجه آن را به یک ماده ساینده خوب تبدیل می کند.

بی شکل

شکل غیر کریستالی نیترید بور از نظر ساختار و خواص با کربن آمورف قابل مقایسه است.

اتمی نازک

با وجود خاصیت فوق العاده نازک، این پلی مورف BN با هدایت حرارتی بالا، افزایش جذب سطحی و خواص دی الکتریک خوب مشخص می شود.

نانولوله

به عنوان یکی از پیشرفت های رو به رشد در زمان های اخیر، فناوری نانولوله ها با استفاده از نیترید بور تقویت شده است. این شکل رول شده از BN شش ضلعی از نظر ساختار شبیه به نانولوله های کربنی است. با این حال، نانولوله های BN عایق الکتریکی بالاتر و همچنین مقاومت بهتری در برابر گرما و واکنش های شیمیایی دارند.

کاربردهای نیترید بور

روان کننده

شکل شش ضلعی نیترید بور به عنوان روان کننده برای رنگ ها، لوازم آرایشی، سرب مدادی و سیمان برای کاربردهای دندانی استفاده می شود. خاصیت روان کنندگی آن حتی در غیاب مولکول های گاز یا آب در لایه های ترکیب رخ می دهد و در نتیجه آن را به یک جزء خوب برای سیستم های خلاء تبدیل می کند.

در مقایسه با گرافیت، BN پایداری شیمیایی و هدایت الکتریکی به طور قابل توجهی بهتر است.

تجهیزات در محیط های با حرارت بالا

مقاومت استثنایی آن در برابر گرما، این ترکیب را برای کاربردهای متنوعی که شامل دماهای بسیار بالا می‌شوند، می‌دهد. نیترید بور شش ضلعی برای بهبود خواص روانکاری لاستیک، پلاستیک، آلیاژها و سرامیک ها استفاده می شود.

در مورد پلاستیک، گنجاندن یک جزء BN باعث انبساط حرارتی کمتری می شود. همچنین ممکن است در زیرلایه های نیمه هادی و پنجره های اجاق مایکروویو ادغام شود.

نیترید بور به دلیل خواص ترموشیمیایی، جزء مؤثر مخازن واکنش و بوته ها است.

صنعت نیمه هادی

با فاصله باند بین 4.5 تا 6.4 eV، نیترید بور یک ماده نیمه هادی با شکاف وسیع عالی است. خواص حرارتی و دی الکتریک ذاتی آن، آن را به بستری مناسب در ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی فلز-اکسید-نیمه هادی (MOSFET) و نیمه هادی ها تبدیل می کند.

ابزار ساینده و برش

با توجه به خواص فیزیکی نیترید بور مکعبی، این پلی مورف به عنوان ماده ساینده برای نیکل، آهن و آلیاژهای انتخابی در شرایطی که الماس مناسب نبود (مانند گرمای شدید) استفاده می شود. شکل مکعبی BN آن در قطعات ابزار برش و تجهیزات سنگ زنی گنجانده شده است.

[1] جی. سیوفانی و وی. ماتولی، نانولوله های نیترید بور در نانوپزشکی، آکسفورد: ویلیام اندرو، 2016.

[2] ری تی، رشد رسوب بخار شیمیایی و خصوصیات نیترید بور شش ضلعی دو بعدی، اسپرینگر، 2008.

[3] سی. کازورلا و تی. گولد، “چند شکلی نیترید بور حجیم، ChemRxiv. پیش چاپ.، 2018.

[4] ID Marinescu، WB Rowe، B. Dimitrov و I. Inasaki، “11- ساینده ها و ابزارهای ساینده،” تریبولوژی فرآیندهای ماشینکاری ساینده، صص 369-455، 2004.