Диборид рения
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Диборид рения | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
| Характеристики | |
| РеБ 2 | |
| Молярная масса | 207.83 g/mol |
| Появление | черный порох |
| Плотность | 12,7 г/см 3 |
| Температура плавления | 2400 ° C (4350 ° F; 2670 К) [1] |
| никто | |
| Структура | |
| Шестиугольный , Пространственная группа P6 3 /mmc. | |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
 [2] | |
| Предупреждение [2] | |
| Х315 , Х319 , Х335 [2] | |
| П261 , П280 , П304+П340 , П305+П351+П338 , П405 , П501 [2] | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Диборид рения (ReB 2 ) — синтетический материал высокой твердости , впервые синтезированный в 1962 году. [3] [4] Соединение образуется из смеси рения , известного своей устойчивостью к высокому давлению, и бора , который образует короткие прочные ковалентные связи с рением. В последнее время он вновь обрел популярность в надежде найти материал , обладающий твердостью, сравнимой с твердостью алмаза . [5]
В отличие от других синтетических материалов высокой твердости, таких как c-BN, диборид рения можно синтезировать при атмосферном давлении . [4] потенциально упрощение массового производства . Однако высокая стоимость рения и коммерческая доступность альтернатив, таких как поликристаллический c-BN , делают перспективу его крупномасштабного применения менее вероятной. [4]
Синтез
[ редактировать ]
ReB 2 может быть синтезирован как минимум тремя различными методами при стандартном атмосферном давлении: твердофазный метатезис , плавление в электрической дуге и прямой нагрев элементов. [5]
В реакции метатезиса трихлорид рения и диборид магния смешивают и нагревают в инертной атмосфере, а побочный продукт хлорида магния смывают. Избыток бора необходим для предотвращения образования других фаз, таких как Re 7 B 3 и Re 3 B.
При методе дуговой плавки порошки рения и бора смешивают и пропускают через смесь большой электрический ток, также в инертной атмосфере.
При методе прямой реакции смесь рения и бора герметизируют в вакууме и выдерживают при высокой температуре в течение более длительного периода (1000 °С в течение пяти дней).
По крайней мере, два последних метода способны производить чистый ReB 2 без каких-либо других фаз, что подтверждено рентгеновской кристаллографией .
Твердость
[ редактировать ]Диборид рения иногда, и это противоречиво, [4] [6] называют « сверхтвердым материалом » из-за его высокой твердости. Однако при испытаниях в области асимптотической твердости, рекомендованной для твердых и сверхтвердых материалов, [4] Диборид рения демонстрирует твердость по Виккерсу всего 30,1 ± 1,3 ГПа при 4,9 Н, что значительно ниже общепринятого порога в 40 ГПа или более, необходимого для классификации его как «сверхтвердого». [4] Другое исследование оценило H v полной плотности ReB 2 примерно в 22 ГПа при приложенной нагрузке 2,94 Н. [6] сравнимо с карбидом вольфрама , карбидом кремния , диборидом титана или диборидом циркония . [6]
Значения, превышающие 40 ГПа, наблюдались только при испытаниях с очень низкими нагрузками, что не является подходящим методом испытаний для этого типа твердых веществ. [4] В одном испытании самая низкая испытательная нагрузка 0,49 Н дала среднюю твердость 48 ± 5,6 ГПа и максимальную твердость 55,5 ГПа, что сравнимо с твердостью кубического нитрида бора (c-BN) при эквивалентной нагрузке. [5] Такое явление обратной зависимости между приложенной нагрузкой и твердостью известно как эффект размера отпечатка . [5]
В последнее время было проведено значительное количество исследований по улучшению твердости и других свойств ReB 2 . В одном исследовании твердость ReB 2 (R-3m) полиморфа была оценена в 41,7 ГПа, тогда как для ReB 2 (P6 3 /mmc) она была оценена примерно в 40,6 ГПа. [7] В другом исследовании полностью плотный керамический композитный нанопорошок B 4 C - 27 мас.% ReB 2 был изготовлен методом искрового плазменного спекания . Он показал микротвердость 50 ± 3 ГПа при нагрузке 49 Н в области асимптотической твердости и имел плотность 3,2 г/см. 3 плотность, сравнимая с твердостью и плотностью c-BN. [8]
Твердость ReB 2 демонстрирует значительную анизотропию из-за его гексагональной слоистой структуры , наибольшей по оси c . Высокой твердости ReB 2 способствуют два фактора : высокая плотность валентных электронов и обилие коротких ковалентных связей . [5] [9] Рений имеет одну из самых высоких плотностей валентных электронов среди всех переходных металлов (476 электронов / нм). 3 , сравните с 572 электронами/нм 3 для осмия и 705 электронов/нм 3 для алмаза [10] ). Добавление бора требует расширения решетки рения всего на 5%, поскольку мелкие атомы бора заполняют существующие пространства между атомами рения. Более того, электроотрицательности рения и бора достаточно близки (1,9 и 2,04 по шкале Полинга ), что они образуют ковалентные связи, в которых электроны распределены почти поровну.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гайдарь, Л.М.; Жилкин, В.З. (1968). «Прямой скольжение при прокатке полос из металлических порошков». Советская порошковая металлургия и металлокерамика . 7 (4): 258. дои : 10.1007/BF00775787 . S2CID 135565681 .
- ^ Jump up to: а б с д «Диборид рения» . Американские элементы . Проверено 2 августа 2018 г.
- ^ Ла Плака, SJ; Пост, Б. (1962). «Кристаллическая структура диборида рения» . Акта Кристаллографика . 15 (2): 97. Бибкод : 1962AcCry..15...97L . дои : 10.1107/S0365110X62000298 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Дубровинская, Наталья; Дубровинский, Леонид; Соложенко, Владимир Л. (07 декабря 2007 г.). «Комментарий к статье «Синтез сверхнесжимаемого сверхтвердого диборида рения при атмосферном давлении » . Наука . 318 (5856): 1550. Бибкод : 2007Sci...318.1550D . дои : 10.1126/science.1147650 . ISSN 0036-8075 . ОСЛК 264200699 . ПМИД 18063772 . S2CID 1640087 . Проверено 27 января 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Чунг, Сю-Ин; и др. (20 апреля 2007 г.). «Синтез сверхнесжимаемого сверхтвердого диборида рения при давлении окружающей среды» . Наука . 316 (5823): 436–9. Бибкод : 2007Sci...316..436C . дои : 10.1126/science.1139322 . ПМИД 17446399 . S2CID 10395879 .
- ^ Jump up to: а б с Лей, Ли, Хуан, Цзили, «Является ли диборид сверхтвердым материалом?». Цинь, Цзянь, Ван, Цзянхуа , Материалы . 20 : 4780. Бибкод : 2008AdM....20.4780Q . doi : 10.1002/adma.200801471 (24 ) S2CID 98327405 .
- ^ Мадзярз, Марцин; Мостицкий, Томаш (12 октября 2015 г.). «Структурные, механические, оптические, термодинамические и фононные свойства стабильных полиморфов ReB 2 на основе расчетов функционала плотности» . Журнал сплавов и соединений . 657 (опубликовано 5 февраля 2016 г.): 878–888. дои : 10.1016/j.jallcom.2015.10.133 . ISSN 0925-8388 . OCLC 5937517569 . S2CID 138931858 . Проверено 27 января 2024 г.
- ^ Мнацаканян Р.; Давтян Д.; Минасян Т.; Айдинян С.; Хусаинова И. (15 февраля 2021 г.). «Сверхтвердый композит B4C-ReB2, полученный методом ИПС нанопорошков, синтезированных в микроволновой печи» . Материалы писем . 285 : 129163. doi : 10.1016/j.matlet.2020.129163 . ISSN 0167-577X . OCLC 8885940810 . S2CID 229404472 .
- ^ В. Чжоу; Х. Ву и Т. Йилдирим (2007). «Электронные, динамические и тепловые свойства сверхнесжимаемого сверхтвердого диборида рения: комбинированное исследование основных принципов и рассеяния нейтронов». Физ. Преподобный Б. 76 (18): 184113–184119. arXiv : 0708.3694 . Бибкод : 2007PhRvB..76r4113Z . дои : 10.1103/PhysRevB.76.184113 . S2CID 16343415 .
- ^ Камберленд, Роберт В.; и др. (27 апреля 2005 г.). «Диборид осмия, сверхнесжимаемый и твердый материал» . Журнал Американского химического общества . 127 (20): 7264–5. дои : 10.1021/ja043806y . ПМИД 15898746 .