Bór-szuboxid

Ez a cikk a Bór-szuboxid témával foglalkozik, amely számos területen érdeklődés és vita tárgyát képezte. A Bór-szuboxid felkeltette a szakértők és a nagyközönség érdeklődését a különböző területeken érvényesülő relevanciája és hatása miatt. A történelem során a Bór-szuboxid tanulmányozás és elemzés tárgya volt, ami lehetővé tette számunkra, hogy mélyebben ássunk bele jelentésébe és jelentőségébe. Ebben az értelemben elengedhetetlen, hogy elmélyüljünk a Bór-szuboxid körül létező különböző megközelítésekben és perspektívákban, hogy megértsük annak fontosságát és hozzájárulását azon a területen, ahol működik. Ennek a cikknek a célja, hogy átfogó és részletes képet adjon a Bór-szuboxid-ről, olyan elemeket biztosítva, amelyek gazdagítják az ismereteket, és elősegítik a téma kritikus és reflektív elemzését.

Bór-szuboxid
IUPAC-név Bór-szuboxid
Más nevek Hexabór-monoxid
Kémiai azonosítók
SMILES
......
InChIKey ULGXBKYAAIALFZ-UHFFFAOYSA-N
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet B6O
Moláris tömeg 80,865 g/mol
Megjelenés Vöröses ikozaéderes ikerkristályok
Sűrűség 2,56 g/cm3[1]
Olvadáspont kb. 2000 °C (kb. 2270 K)
Kristályszerkezet
Kristályszerkezet Romboéderes, hR42
Tércsoport R3, No. 166[3]
Rácsállandó a = 5,3824 Å, b = 5,3824 Å, c = 12,322 Å
Rácsállandó-szög α = 90°, β = 90°, γ = 120°
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A bór-szuboxid (B6O) egy szilárd vegyület, melynek szerkezetében egy romboéderes elemi cella csúcsain összesen nyolc ikozaéder található. Két oxigénatom helyzete interszticiális helyzetű az romboéderes irányban. A rövid kémiai kötések és az erősen kovalens jellege miatt a B6O számos fizikai és kémiai tulajdonsága kiemelkedő: az egykristályok Vickers-keménysége 45 GPa, sűrűsége alacsony (2,56 g/cm3), igen jó hővezető, nem reakcióképes, és kiválóan ellenáll a kopásnak.[4]

A B6O előállítható a B2O3 bórral történő redukciójával vagy a bór cink-oxiddal vagy más oxidálószerekkel történő oxidációjával.[1] A légköri nyomás körül keletkezett bór-szuboxid általában oxigénhiányos és nem sztöchiometrikus (B6Ox, x<0,9), gyengén kristályosak és nagyon kicsi (5 µm-nél kisebb) a szemcseméretük. A B6O-szintézis során használt magas nyomás a termékek kristályosságát, sztöchiometriáját javította, a kristályméreteiket növelte. Általában bór- és B2O3-por keverékét használták kiindulóanyagként a B6O-szintézis módszereihez.

Az oxigénhiányos bór-szuboxid (B6Ox, x<0,9) ikozaéderes részecskéket alkothat, amelyek se nem egykristályok, se nem kvázikristályok, hanem húsz tetraéderes kristályból álló ikerkristályok.[2][5][6]

Az α-romboéderes bór típusú B6O-t a kerámiákhoz hasonló természete (keménység, magas olvadáspont, reakcióképtelenség és alacsony sűrűség) miatt vizsgálták mint új szerkezeti anyagot. Ezenkívül ezeknek a bórvegyületeknek szokatlan szerkezetük van. Az oxigén pontos helyét a B6O-poron elvégzett Rietveld-analízis határozta meg.[1]

Előállítás

A B6O három módszerrel állítható elő:

  • bór és B2O3 közti reakcióval,
  • B2O3 redukciójával és
  • bór oxidációjával.

A B2O3 redukciójához használható redukálószerek közé tartozik a Si és a Mg, ami a B6O-ban marad mint szennyeződés. Bór oxidációja esetén az oxidálószer (például ZnO) marad vissza.[7]

Fizikai tulajdonságok

Az ideális (felül) és az ikerkristályos (alul) B6O szerkezete és elektronmikrográfjai. Zölddel a bór, vörössel az oxigén.[8]

A B6O erősen kovalens vegyület, és könnyen létrehozható 1973 K feletti hőmérsékleten.[7] A bór-szuboxidról ezenkívül megállapították, hogy számos kiemelkedő tulajdonsága van, mint például a magas keménység, a kis sűrűség, a mechanikai erősség, a magas hőmérsékletig tartó oxidációállóság, és hogy nehezen vihető reakcióba.[9] Az első ab initio sűrűségfüggvény-számítások szerint a B6O kötéserőssége tovább növelhető a struktúrába helyezett nagy elektronegativitású interszticiális elemmel. A számítások megerősítették a kovalens kötések rövidülését, ami feltehetően magasabb rugalmassági állandókat és jobb keménységet tesz lehetővé.[9]

Az α-B6O hővezető képessége 284,9, a β-B6O-é 207,1 W/mK.[10]

Alkalmazása

A B6O kopáscsökkentő védőrétegként történő alkalmazása iránt az utóbbi időkben egyre nagyobb volt az érdeklődés. Ugyanakkor az intenzív kutatás ellenére a kereskedelmi használat még várat magára, részben a magas hőmérsékleten előállított B6O törékenysége miatt, valamint a sztöchiometrikus B6O jó kristályossággal való sűrítésének akadályai miatt. Ezenkívül a B6O számos tulajdonsága nem volt ismert hosszú ideig.[9]

A bór-szuboxid ígéretes páncélanyag, de még tesztelés alatt áll,[11] és jelenleg (2022) nincs kereskedelmi forgalomban.

Jegyzetek

  1. ↑ a b c (1993) „Structure of B6O Boron-Suboxide by Rietveld Refinement”. Journal of Materials Science 28 (8), 2129–2134. o. DOI:10.1007/BF00367573. 
  2. ↑ a b (1999) „Nucleation and Growth of Icosahedral Boron Suboxide Clusters at High Pressure”. Journal of Solid State Chemistry 147 (1), 281–290. o. DOI:10.1006/jssc.1999.8272. 
  3. ↑ (1997) „Synthesis and structure of non-stoichiometric B6O”. Journal of Alloys and Compounds 257 (1–2), 91–95. o. DOI:10.1016/S0925-8388(97)00008-X. 
  4. ↑ (2002) „Boron suboxide: As hard as cubic boron nitride”. Applied Physics Letters 81 (4), 643–645. o. DOI:10.1063/1.1494860.  és a benne lévő hivatkozások
  5. ↑ A grain of boron suboxide (B6O) synthesized by scientists at the Arizona State. Arizona State University. (Hozzáférés: 2009. március 18.)
  6. ↑ Durband, Dennis: Making the hard stuff. Arizona State University, 1998. . (Hozzáférés: 2009. március 18.)
  7. ↑ a b Akashi, T., Tsuyoshi, I.; Gunjishima, I.; Hiroshi, M.; Goto, T. (2002). „Thermodynamic Properties of Hot-Pressed Boron Suboxide (B6O)”. Materials Transactions 43 (7), 1719–1723. o. DOI:10.2320/matertrans.43.1719. 
  8. ↑ (2016) „Nucleation of amorphous shear bands at nanotwins in boron suboxide”. Nature Communications 7, 11001. o. DOI:10.1038/ncomms11001. PMID 27001922. PMC 4804168. 
  9. ↑ a b c (2012) „Mechanical and Structural Properties of Fluorine-Ion-Implanted Boron Suboxide”. Advances in Materials Science and Engineering 2012, 1–11. o. DOI:10.1155/2012/792973. Jinghang Dai, Zhiting Tian (2021. 1). „Large thermal conductivity of boron suboxides despite complex structures” (angol nyelven). Applied Physics Letters 118 (4). DOI:10.1063/5.0034906. (Hozzáférés: 2021. július 8.) 
  10. ↑ Jinghang Dai, Zhiting Tian (2021. 1). „Large thermal conductivity of boron suboxides despite complex structures” (angol nyelven). Applied Physics Letters 118 (4). DOI:10.1063/5.0034906. (Hozzáférés: 2021. július 8.) 
  11. ↑ „American Ceramic Organization, B6O armor”. DOI:10.1111/jace.14295. 

Fordítás

  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Boron suboxide című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
  • Ez a szócikk részben vagy egészben a Suboxyde de bore című francia Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.