نیترید بور

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
نیترید بور
Magnified sample of crystalline hexagonal boron nitride
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس 10043-11-5 ✔Y
پاب‌کم 66227
کم‌اسپایدر 59612 ✔Y
شمارهٔ ئی‌سی 233-136-6
MeSH Elbor
ChEBI CHEBI:50883 ✔Y
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس ED7800000
216
جی‌مول-تصاویر سه بعدی Image 1
خصوصیات
فرمول مولکولی BN
جرم مولی ۲۴٫۸۲ g mol−1
شکل ظاهری Colorless crystals
چگالی 2.1 (hBN); 3.45 (cBN) g/cm3
دمای ذوب ۲٬۹۷۳ درجه سلسیوس (۵٬۳۸۳ درجه فارنهایت; ۳٬۲۴۶ کلوین) sublimes (cBN)
انحلال‌پذیری در آب insoluble
تحرک‌پذیری 200 cm2/(V·s) (cBN)
ضریب شکست (nD) 1.8 (hBN); 2.1 (cBN)
ساختار
ساختار بلوری دستگاه بلوری هگزاگونال دستگاه بلوری مکعبی ساختار ورتزیت
ترموشیمی
14.77 J K−1 mol−1
-250.91 kJ mol−1
خطرات
طبقه‌بندی ئی‌یو آزاردهنده Xi
کدهای ایمنی R36/37
شماره‌های نگهداری S26, S۳۶
لوزی آتش
Flammability code 0: Will not burn. E.g., waterHealth code 0: Exposure under fire conditions would offer no hazard beyond that of ordinary combustible material. E.g., sodium chlorideReactivity code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g., liquid nitrogenSpecial hazards (white): no codeNFPA 704 four-colored diamond
0
0
0
ترکیبات مرتبط
ترکیبات مرتبط آرسنید بور
کربید بور
فسفید بور
برون تری اکسید
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
 ✔Y (بررسی) (چیست: ✔Y/N؟)
Infobox references

نیترید بور (به انگلیسی: Boron nitride) یک ترکیب شیمیایی دیرگداز و از نظر گرمایی و شیمیایی مقاوم است که از بور و نیتروژن تشکیل شده و فرمول شیمیایی آن است. شکل ظاهری این ترکیب، بلورهای بی‌رنگ است. این ترکیب در ساختارهای بلوری گوناگونی وجود دارد که دارای الکترون های یکسان با یک شبکه کربن با ساختار بلوری مشابه اند. فرم شش وجهی (دستگاه بلوری هگزاگونال) آن که ساختاری مشابه با گرافیت دارد، پایدارترین و نرم‌ترین شکل است. همچنین به عنوان روان‌کننده و افزودنی در محصولات آرایشی استفاده میشود. فرم مکعبی (دستگاه بلوری مکعبی) آن که مانند الماس است، c_BN نام دارد؛ این فرم از الماس نرم‌تر است، ولی پایداری شیمیایی و گرمایی آن بیشتر است. ساختار ورتزیت آن کمیاب و مشابه الماس شش‌ضلعی (lonsdaleite) است و میتواند حتی سخت تر از ساختار مکعبی باشد. به دلیل پایداری فوق‌العاده‌ی گرمایی و شیمیایی، سرامیک‌های نیترید بور به طور سنتی در ساخت برخی تجهیزات که در دمای بالا کاربرد دارند استفاده میشوند. نیترید بور استفاده‌ی بالقوه‌ای در تکنولوژی نانو دارد. نانولوله‌های نیترید بور میتوانند با ساختار مشابه با نانولوله کربنی تولید شوند.[۱]

ساختار[ویرایش]

نیترید بور به شکل های مختلفی وجود دارد که تفاوت آنها در نحوه آرایش اتم های بور و نیتروژن است.

ساختار آمورف (a-BN)[ویرایش]

ساختار آمورف نیترید بور (a-BN) بلوری نیست، زیرا هیچ نظمی در فاصله طولانی در آرایش اتم های آن وجود ندارد. این شکل مشابه با کربن آمورف است. بقیه‌ی ساختار های نیترید بور کریستالی هستند.

ساختار هگزاگونال(h-BN)[ویرایش]

پایدار ترین ساختار بلوری ساختار هگزاگونال است که با نام‌های h-BN، g-BN، α-BN و نیترید بور گرافیتی شناخته میشود. نیترید بور هگزاگونال ساختار لایه‌ای مشابه با گرافیت دارد. در داخل هر لایه، اتم‌های بور و نیتروژن با پیوند کوالانسی که بسیار قدرتمند است به هم متصل شده اند، درحالی که لایه‌ها به وسیله‌ی نیروی واندروالسی ضعیفی روی هم نگاه داشته شده اند. رجیستری بین‌لایه‌ای این صفحات متفاوت است اما بر اساس الگوی دیده شده برای گرافیت اتم‌ها با اتم های بور که روی اتم‌های نیتروژن قرارگرفته اند، گیر افتاده اند. این رجیستری نشان دهنده‌ی قطبیت پیوندهای B-N است. با این حال هنوز h-BN و گرافیت خیلی به هم نزدیک هستند و حتی ترکیب در جاهایی که کربن جانشین تعدادی از اتم های بور و نیتروژن شده به وجود آمده. [۲]

ساختار مکعبی(c-BN)[ویرایش]

نیترید بور مکعبی ساختار بلوری شبیه به الماس دارد. همانطور که الماس از گرافیت ناپایدارتر است، ساختار مکعبی هم از ساختار هگزاگونال آن ناپایدارتر است، اما نرخ تبدیل آن مانند الماس در دمای اتاق قابل چشم‌پوشی است. شکل مکعبی مثل الماس ساختار بلوری اسفالریت دارد، همچنین به آن c-BN یا β-BN گفته میشود.

ساختار ورتزیت(w-BN)[ویرایش]

ساختار ورتزیت نیترید بور شکلی شبیه الماس شش ضلعی (lonsdaleite) دارد که یک پلی‌مورف هگزاگونال کمیاب از کربن است. به نظر میرسد که ساختار ورتزیت بسیار قدرتمند است، و با یک شبیه سازی تخمین زده شده که به طور بالقوه دارای قدرت ۱۸ درصد قوی تر از الماس است، اما چون مقدار کمی از آن در طبیعت وجود دارد این حدس هنوز به طور تجربی تایید نشده است.[۳]

Boron-nitride-(hexagonal)-side-3D-balls.png
Boron-nitride-(sphalerite)-3D-balls.png
Boron-nitride-(wurtzite)-3D-balls.png
فرم هگزاگونال (h-BN)
هگزاگونال
شبیه به گرافیت
فرم مکعبی (c-BN)
ساختار اسفالریت
شبیه به الماس
فرم ورتزیت (w-BN)
ساختار ورتزیت
شبیه به lonsdaleite

نانولوله های نیترید بور[ویرایش]

نانولوله نیترید بور(6,6)

نیترید بور به دلیل مقاومت و پایداری حرارتی بالایی که دارد، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. نانولوله‌های نیترید بور بر خلاف نانولوله‌های کربنی، عایق حرارت هستند؛ بنابراین پایداری شیمیایی و حرارتی بیشتری نسبت به عموزاده‌های کربنی خود دارند. همچنین در برابر تابش نوترون مقاومت قابل‌توجهی دارند. در سال ۲۰۱۵ یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه ایالتی نیویورک نشان دادند که نانولوله‌های نیترید بور میتوانند استحکاماتی نظیر نانولوله‌های کربنی داشته باشند. زمانی که نانولوله‌های نیترید‌ بور با یک پلیمر ترکیب شوند، از نظر استحکام از نانولوله‌های کربنی پیش‌ می‌افتند. دلیل این امر، وجود دو عنصر مختلف در ساختار نیترید بور است که موجب توزیع غیر‌یکنواخت بار میشود. با توجه به برایند مثبت بارها در ساختار نیترید بور، برهم‌کنش میان نانولوله و پلیمر تقویت میشود. از دیگر مزیت‌های نیترید بور، خاصیت پیزوالکتریک(اثر فشاربرقی) آن است. در سال ۲۰۱۷ محققان دانشگاه رایس موفق به ساخت فوم نیترید بور شدند که قادر به جذب کربن دی‌اکسید است. جذب مستقیم دی‌اکسید کربن از اتمسفر، یکی از راهکار‌های مقابله با گرم شدن زمین است که برای چنین کاری باید مواد جاذب کربن دی‌اکسید تولید کرد؛ نیترید بور گزینه‌ی بسیار جالبی است. شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان میدهد که این ماده میتواند ۳۴۰ برابر وزن خود دی‌اکسید کربن جذب کند. نیترید بور به گونه‌ای طراحی شده که حفره‌های آن قابل کنترل بوده و میتوان با استفاده از آن، انواع مختلف گازها را جذب کرد. این ماده با استفاده از روش خشک کردن سرمایشی قابل تهیه است. در حال حاضر هزینه‌ی بالا یکی از مهم‌ترین مشکلات در مسیر نیترید بور است. قیمت این ماده ۱۰۰۰ دلار در هر گرم است، درحالی که نانولوله‌های کربنی را با ۱۰ تا ۲۰ دلار در هر گرم میتوان تهیه کرد. به نظر میرسد قیمت نانولوله‌های نیترید بور در آینده‌ای نزدیک کاهش یابد و به دلیل خواص منحصر به فرد این ماده، استفاده از آن در حوزه‌های مختلف افزایش یابد. نتایج این پروژه در نشریه‌ی Applied Physicd letters به چاپ رسیده است. [۴]

کاربرد ها[ویرایش]

مواد ذخیره‌سازی هیدروژن[ویرایش]

در مقایسه با نانولوله‌های کربنی، نانولوله‌های نیترید بور دارای خواص فیزیکی و مکانیکی عالی و پایداری شیمیایی بالاتری هستند و برای برنامه‌های ذخیره‌سازی هیدروژن مناسب‌تر اند. مطالعات مربوطه نشان میدهد که ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن نانولوله‌های نیترید بور به تدریج با افزایش فشار ۰ تا ۱۰MPa در دمای اتاق افزایش می‌یابد. ظرفیت ذخایر هیدروژنی نانولوله‌های نیترید بور بین ۱.۸ تا ۲.۶ درصد وزنی است که می‌تواند به عنوان مواد ذخیره‌سازی هیدروژنی استفاده شود.[۵]

مواد بیولوژیکی[ویرایش]

نانولوله‌های نیترید بور نیز می‌توانند با مواد بیولوژیکی ترکیب شوند و در زمینه‌‌ی بیولوژیکی کاربرد داشته باشند. یافته‌ها نشان داده که نانولوله‌های نیترید بور اصلاح شده با پلی‌وینیلیمید اثر کمی بر متابولیسم سلول‌های انسانی داشتند و نانولوله‌های اصلاح شده با پلیلیسین سازگاری خوبی با فیبرو‌بلاست‌ها دارند. علاوه‌بر این، اصلاح نانولوله‌های نیترید بور با جلبک‌های فعال بیولوژیکی باعث اتصال نانولوله‌های پروگزیمال با پروتئین‌ها یا سلول‌ها می‌شود. [۵]

در مهندسی پزشکی[ویرایش]

۱. درمان سرطان : درمان با گیراندازی نوترون بور مشهور به BNCT، نوعی پرتودرمانی است که در آن از ایزوتوپ بور و نیز پرتوهای نوترون استفاده میگردد. خواص فیزیکی بور استفاده از این عنصر را در BNCT امکان پذیر میکند. ایزوتوپ بور زمانی که در معرض پرتوهای نوترونی قرار گیرد، از هم شکافته شده و به اتم لیتیم، هلیم و انرژی پرتوهای گاما تبدیل میشود.

۲. داربست های ارتوپدی : پلیمر پلی لاکتید-پلیکا‌پرولاکتون(PLC) که در تولید داربست‌های ارتوپدی برای درمان بیماری‌های استخوان استفاده میشود را میتوان با نانولوله‌های نیترید بور تقویت کرد. دیده شده که پلیمرهای تقویت شده ضریب الاستیسیته و مقاومت کششی بیشتری نسبت به پلیمر بدون نانولوله‌ی نیترید بور دارند.

۳. حسگرهای زیستی از نانو لوله‌ی نیترید بور : کانال‌های یونی بیولوژیکی موجود در غشای سلول، نسبت به ورود بعضی گونه‌های یونی گزینش‌پذیری دارند و بسیاری از عملکرد‌های سلول را کنترل می‌کنند. شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نشان میدهد که نانولوله‌های با قطر ۵-۴ آنگستروم که درون غشایی از جنس سیلیکون نیترید جاسازی شده اند نسبت به نفوظ کاتیون‌ها و آنیون‌ها گزینش‌پذیری دارند و می‌توانند عملکرد کانال‌های یونی بیولوژیکی را تقلید کنند.[۶]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. «Boron Nitride». دریافت‌شده در 2019/04/08. تاریخ وارد شده در |بازبینی= را بررسی کنید (کمک)
  2. Kawaguchi, M.; et al. (2008). "Electronic Structure and Intercalation Chemistry of Graphite-Like Layered Material with a Composition of BC6N". Journal of Physics and Chemistry of Solids. 69 (5–6): 1171. Bibcode:2008JPCS...69.1171K. doi:10.1016/j.jpcs.2007.10.076.
  3. Griggs, Jessica (2014-05-13). "Diamond no longer nature's hardest material". New Scientist. Retrieved 2018-01-12.
  4. «AZO NETWORK». دریافت‌شده در 2019/04/09. تاریخ وارد شده در |بازبینی= را بررسی کنید (کمک)
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ «Kevins Ceramic Materials». دریافت‌شده در 2019/04/09. تاریخ وارد شده در |بازبینی= را بررسی کنید (کمک)
  6. «daneshyari». دریافت‌شده در 2019/04/09. تاریخ وارد شده در |بازبینی= را بررسی کنید (کمک)