Субоксид бора
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Субоксид бора | |
| Другие имена окись гексабора | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| Характеристики | |
| Б 6 О | |
| Молярная масса | 80.865 g/mol |
| Появление | Красноватые икосаэдрические сдвоенные кристаллы. |
| Плотность | 2,56 г/см 3 [1] |
| Температура плавления | 2000 ° C (3630 ° F; 2270 К) [2] |
| Структура | |
| Ромбоэдрический , hR42 | |
| Р 3 , № 166 [3] | |
а = 0,53824 нм, б = 0,53824 нм, с = 1,2322 нм α = 90°, β = 90°, γ = 120° | |
Формульные единицы ( Z ) | 6 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Сусид бора (химическая формула B 6 O) представляет собой твердое соединение со структурой, построенной из восьми икосаэдров в вершинах элементарной ромбоэдрической ячейки. Каждый икосаэдр состоит из двенадцати атомов бора . Два атома кислорода расположены в междоузлиях вдоль ромбоэдрического направления [111]. Благодаря коротким межатомным связям и сильно ковалентному характеру B 6 O демонстрирует ряд выдающихся физических и химических свойств, таких как высокая твердость (близкая к твердости диборида рения и нитрида бора ), низкая массовая плотность, высокая теплопроводность , высокие химические свойства. инертность и отличная износостойкость. [4]
B 6 O может быть синтезирован восстановлением B 2 O 3 бором или окислением бора оксидом цинка или другими окислителями. [1] Эти материалы субоксида бора, образующиеся при давлении окружающей среды или близком к нему, обычно имеют дефицит кислорода и нестехиометричны ( B 6 O x , x<0,9), имеют плохую кристалличность и очень маленький размер зерен (менее 5 мкм). Высокое давление, применяемое при синтезе B 6 O, позволяет значительно повысить кристалличность, кислородную стехиометрию и размер кристаллов продуктов. смеси порошков бора и B 2 O 3 O в качестве исходных материалов обычно использовались В известных методах синтеза B 6 . [4]
Кислорододефицитный субоксид бора (B 6 O x , x<0,9) может образовывать икосаэдрические частицы, которые не являются ни монокристаллами , ни квазикристаллами , а представляют собой сдвоенные группы из двадцати тетраэдрических кристаллов. [2] [5] [6]
B 6 O типа α-ромбоэдрического бора был исследован в связи с его керамической природой (твердостью, высокой температурой плавления, химической стабильностью и низкой плотностью) как новым конструкционным материалом. В дополнение к этому, эти бориды имеют уникальные связи, которые трудно обнаружить с помощью обычной теории валентности. Хотя метод рентгеновской эмиссионной спектроскопии указал на вероятный диапазон параметров кислородного участка B 6 O, правильное положение кислорода оставалось под вопросом до тех пор, пока Ритвельд анализ профилей рентгеновской дифракции на порошках B 6 не провел успешный O. хотя это были предварительные расследования. [1]
Подготовка
[ редактировать ]B 6 O можно получить тремя способами:
- твердофазная реакция между B и B 2 O 3 ,
- восстановление B 2 O 3 и
- окисление Б. Высокое давление паров B 2 O 3 при повышенных температурах может привести к образованию избыточного состава B в процессе твердофазной реакции между B и B 2 O 3 .
При восстановлении B 2 O 3 восстановители, которые можно использовать, включают, помимо прочего, Si и Mg , которые остаются в B 6 O в качестве примеси в процессе. В процессе окисления B окислители, такие как ZnO, загрязняют B 6 O. [7]
Физические свойства
[ редактировать ]
B 6 O имеет сильную ковалентную природу и легко образуется при температурах выше 1973 К. [7] Также сообщается, что субоксид бора демонстрирует широкий спектр превосходных свойств, таких как высокая твердость при низкой плотности, высокая механическая прочность, стойкость к окислению до высоких температур, а также высокая химическая инертность. [9] Предварительные первопринципные O) методом ab initio расчеты структурных свойств субоксида бора (B 6 позволяют предположить, что прочность связи в B 6 O может быть повышена за счет присутствия в структуре междоузлия с высокой электроотрицательностью. Численные расчеты подтверждают укорочение ковалентных связей, что, как полагают, способствует более высоким упругим константам и значениям твердости. [9]
Приложения
[ редактировать ]потенциальное применение B 6 O в качестве противоизносного покрытия для высокоскоростных режущих инструментов, абразивов Например, в последние годы объектом пристального интереса стало или других устройств, подверженных сильному износу. Однако, несмотря на интенсивные исследовательские усилия, коммерческое применение еще не реализовано. Частично это связано с низкой вязкостью разрушения материала, полученного горячим прессованием, и значительными практическими проблемами, связанными с уплотнением стехиометрического материала B 6 O с хорошей кристалличностью. Кроме того, многочисленные механические свойства материала до недавнего времени были недостаточно изучены.
Суоксид бора также является перспективным материалом для бронежилетов . [10] но его испытания все еще находятся на ранних стадиях, и по состоянию на ноябрь 2023 года о его коммерческом внедрении не известно. По-видимому, это связано с затратами на синтез высококачественного порошка B 6 O посредством реакции B 2 O 3 с B и дальнейшими трудностями. при уплотнении деталей B 6 O с помощью стандартных методов промышленного спекания и горячего прессования. [11]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Кобаяши, М.; Хигаши, И.; Бродхаг, К.; Тевено, Ф. (1993). «Структура B 6 субоксида бора O по уточнению Ритвельда». Журнал материаловедения . 28 (8): 2129–2134. Бибкод : 1993JMatS..28.2129K . дои : 10.1007/BF00367573 . S2CID 137054305 .
- ^ Jump up to: а б Макмиллан, ПФ; Юбер, Х.; Чизмашья, А.; Петуски, WT; Гарви Л.А.Дж.; Девуард, Б. (1999). «Зарождение и рост икосаэдрических кластеров субоксида бора при высоком давлении». Журнал химии твердого тела . 147 (1): 281–290. Бибкод : 1999ЖССЧ.147..281М . дои : 10.1006/jssc.1999.8272 .
- ^ Олофссон, Малин; Лундстрем, Торстен (1997). «Синтез и строение нестехиометрического B6O». Журнал сплавов и соединений . 257 (1–2): 91–95. дои : 10.1016/S0925-8388(97)00008-X .
- ^ Jump up to: а б Он, Д.; Чжао, Ю.; Дэмен, Л.; Цянь, Дж.; Шен, Т.Д.; Зерда, ТВ (2002). «Субоксид бора: такой же твердый, как кубический нитрид бора». Письма по прикладной физике . 81 (4): 643–645. Бибкод : 2002ApPhL..81..643H . дои : 10.1063/1.1494860 . и ссылки там
- ^ «Зерна субоксида бора (B 6 O), синтезированные учеными штата Аризона» . Университет штата Аризона . Проверено 18 марта 2009 г.
- ^ Дурбанд, Деннис (1998). «Делаем сложные вещи» (PDF) . Университет штата Аризона. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. Проверено 18 марта 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Акаши, Т.; Цуёси, И.; Гундзисима, И.; Хироши, М.; Гото, Т. (2002). «Термодинамические свойства горячепрессованного субоксида бора (B 6 O)» . Операции с материалами . 43 (7): 1719–1723. дои : 10.2320/матертранс.43.1719 .
- ^ Ань, Ци; Редди, К. Мадхав; Цянь, Цзинь; Хемкер, Кевин Дж.; Чен, Мин-Вэй; Годдард III, Уильям А. (2016). «Зарождение аморфных полос сдвига у нанодвойников в субоксиде бора» . Природные коммуникации . 7 : 11001. Бибкод : 2016NatCo...711001A . дои : 10.1038/ncomms11001 . ПМК 4804168 . ПМИД 27001922 .
- ^ Jump up to: а б Мачака, Р.; Мвакикунга, БВ; Маникандан, Э.; Дерри, штат Техас; Сигалас, И.; Херрманн, М. (2012). «Механические и структурные свойства фтор-ионно-имплантированного субоксида бора» . Достижения в области материаловедения и инженерии . 2012 : 1–11. дои : 10.1155/2012/792973 .
- ^ Се, Кентукки; Кувелкар, К.; Хабер, РА; ЛаСальвиа, JC; Хемкер, К.Дж. (2016). «Микроструктурная характеристика коммерческой броневой пластины из карбида бора, полученной горячим прессованием». Журнал Американского керамического общества . 99 : 2834–2841. дои : 10.1111/jace.14295 .
- ^ «Доспехи адепта - Глоссарий - Суоксид бора» . АДЕПТ . Проверено 29 ноября 2023 г.