Нитрид бора - уникальное вещество, обладающее ценными качествами. Это соединение азота и бора, которое находит широчайшее применение в самых разных областях. Давайте разберемся, почему нитрид бора вызывает такой интерес у ученых и инженеров.
Строение и получение нитрида бора
Нитрид бора имеет химическую формулу BN. Его кристаллическая решетка схожа с графитом, поэтому это вещество иногда называют "белый графит". Существует несколько модификаций нитрида бора с разным строением:
- гексагональный нитрид бора
- кубический нитрид бора
- вюрцитоподобный нитрид бора
Получают нитрид бора путем прокаливания оксида бора с аммиаком при температуре около 2000°C. Также используют плазмохимический метод - в струю азотной плазмы подают аморфный бор.
Физико-химические свойства нитрида бора
Гексагональный нитрид бора обладает низкой теплопроводностью вдоль плоскостей связанных атомов, высокой - поперек. При нормальных условиях его теплопроводность достигает 400 Вт/(м·К). Это очень высокий показатель. У гексагонального нитрида бора:
- Плотность частиц порошка - 2,3 г/см3
- Твердость по шкале Мооса - 9,5
- Ширина запрещенной зоны - 3,7 эВ (полупроводник)
Характерной чертой является химическая стойкость нитрида бора. Он
Не взаимодействует с кислородом или хлором, кислотами или щелочами
Вплоть до температуры 700°C. Кроме того, это вещество устойчиво к смачиванию расплавами металлов.
Особые свойства демонстрирует кубический нитрид бора (эльбор). Его твердость близка к алмазной, однако термостойкость выше. Также эльбор обладает повышенной износоустойчивостью.
Применение нитрида бора
Уникальные качества нитрида бора определяют широту его использования. Это вещество применяют как:
- Электроизолятор
- Огнеупорный материал
- Основа для полупроводниковых приборов
- Высокотемпературная смазка
Также нитрид бора служит для синтеза сверхтвердых соединений. Например, на его основе производят режущий инструмент, стойкий к ударным нагрузкам. Кубический нитрид бора применяют для изготовления абразивного материала.
| Год открытия нитрида бора | 1842 |
| Температура плавления, °C | 3000 |
В ядерной энергетике нитрид бора используют для нейтронопоглощающих контейнеров. Также он нашел применение в органическом синтезе и нефтепереработке. Перспективно использование нанотрубок из нитрида бора в литий-ионных аккумуляторах.
Перспективы использования нитрида бора
Существует множество перспективных направлений применения нитрида бора. Особый интерес представляют его наноструктурированные формы. Например, нанотрубки на основе нитрида бора могут использоваться в литий-ионных аккумуляторах для повышения их емкости и надежности.
Применение в оптических системах
Перспективно создание высокоразрешающих оптических микроскопов на основе гексагонального нитрида бора. Благодаря образованию поверхностных поляритонов разрешение таких микроскопов может в десятки и сотни раз превышать дифракционный предел.
Использование в ядерной энергетике
В ядерных реакторах нитрид бора служит эффективным поглотителем нейтронов. Перспективно применение нанопорошков нитрида бора для локализации радиоактивности при авариях на АЭС.
Синтез новых модификаций
Активно ведутся работы по синтезу ранее неизвестных модификаций нитрида бора. Например, недавно был открыт гипералмазный фуллереноподобный нитрид бора. Ожидается, что новые формы будут обладать уникальными оптическими, магнитными и другими свойствами.
Применение в микроэлектронике
Благодаря ширине запрещенной зоны около 3 эВ, нитрид бора может использоваться для создания сверхбыстродействующих транзисторов в микроэлектронике. Эти транзисторы способны работать на частотах до десятков ТГц.
Создание гетероструктур
Перспективным направлением является создание гетероструктур на основе графена и гексагонального нитрида бора. Такие структуры обладают уникальными электронными и оптическими свойствами, которые могут найти применение в наноэлектронике и сенсорике.
Экономические аспекты производства нитрида бора
Производство нитрида бора требует значительных материальных затрат. В качестве сырья используется дорогостоящий высокочистый бор, а также азот. Сложное производственное оборудование и высокие температуры синтеза также увеличивают себестоимость нитрида бора.
Крупнейшие производители
К крупнейшим мировым производителям нитрида бора относятся компании Showa Denko (Япония), Saint-Gobain (Франция) и UK Abrasives (США). В России производством нитрида бора занимаются такие предприятия как "Борид" и "Технобор".
Динамика производства и спроса
В последние годы объемы производства нитрида бора ежегодно растут на 5-7%. Это связано с развитием высокотехнологичных отраслей, где он находит широкое применение. По прогнозам, к 2025 году мировое производство вырастет до 90 тыс. тонн.
Стоимость продукции
Стоимость тонны технического нитрида бора на мировом рынке составляет около 3-4 тыс. долларов США. Для особо чистых марок цена может доходить до 30 тыс. долларов за тонну.
Импортозамещение в России
Сегодня до 60% потребляемого в России нитрида бора импортируется. Однако активно ведутся работы по налаживанию собственного производства, что позволит снизить зависимость от зарубежных поставок.
