• 氮化硼

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    氮化硼

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    氪化硅是一種耐熱、耐化學腐蝕的硼氮化合物,化學式為BN。 它以與類似結構的碳晶格等電子的各種晶體形式存在。 與石墨對應的六方晶型是BN多晶型物中最穩定、最柔軟的,因此被用作潤滑劑化妝品添加劑。 類似于金剛石的立方(閃鋅礦又名閃鋅礦結構)品種稱為 c-BN; 它比金剛石更軟,但其熱穩定性和化學穩定性更優越。 稀有的纖鋅礦 BN 變體類似于方斯代爾石,但比立方體形式稍軟。

    由于優異的熱穩定性和化學穩定性,氮化硼陶瓷被用于高溫設備和金屬鑄造。 氪化硅在納米技術中具有潛在用途。

    結構

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    氪化硅以多種形式存在,硼和氮原子的排列不同,從而導致材料的體積特性不同。

    非晶態 (a-BN)

    氮化硼 (a-BN) 的無定形形式是非結晶的,其原子排列缺乏任何長距離規則性。 它類似于無定形碳。

    所有其他形式的氮化硼都是結晶的。

    最穩定的晶型是六方晶型,也稱為 h-BN、α-BN、g-BN 和石墨氮化硼。 六方氮化硼(點群=D6h;空間群=P63/mmc)具有類似石墨的層狀結構。 在每一層中,硼和氮原子由強共價鍵結合,而各層則由弱的范德華力結合在一起。 然而,這些片材的層間登記不同于石墨的圖案,因為原子被遮蔽,硼原子位于氮原子之上。 該注冊表反映了 B-N 鍵的局部極性,以及層間 N-供體/B-受體特征。 同樣,存在許多由不同堆疊的多型體組成的亞穩態形式。 因此,h-BN和石墨是非常近的鄰居,該材料可以容納碳作為取代元素形成BNCs。 已經合成了 BC6N 雜化物,其中碳替代了一些 B 和 N 原子。

    立方體 (c-BN)

    立方氮化硼具有類似于金剛石的晶體結構。 與金剛石不如石墨穩定一致,立方體不如六方體穩定,但兩者之間的轉化率在室溫下可忽略不計,就像金剛石一樣。 立方晶型具有閃鋅礦晶體結構,與金剛石相同(B、N原子排列有序),又稱β-BN或c-BN。

    纖鋅礦型 (w-BN)

    氮化硼的纖鋅礦形式(w-BN;點群 = C6v;空間群 = P63mc)與方晶石具有相同的結構,后者是一種罕見的六方碳多晶型物。 與立方體形式一樣,硼和氮原子被分組為四面體。 在纖鋅礦形式中,硼和氮原子組成六元環。 在立方體形式中,所有環都是椅子配置,而在 w-BN 中,“層”之間的環是船形配置。 早期的樂觀報告預測,纖鋅礦形式非常堅固,并且通過模擬估計其強度可能比金剛石強 18%。 由于自然界中僅存在少量礦物,因此尚未通過實驗驗證。 硬度為 46 GPa,比商用硼化物稍硬,但比立方氮化硼軟。

    屬性

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    物理

    h-BN 中 BN 層的部分離子結構降低了共價性和導電性,而層間相互作用增加導致 h-BN 相對于石墨具有更高的硬度。 六角 BN 中電子離域的減少也表現為它沒有顏色和大帶隙。 非常不同的鍵合——基面(硼和氮原子共價鍵合的平面)內的強共價鍵和它們之間的弱鍵——導致 h-BN 的大多數特性具有高各向異性。

    氮化硼

    例如,平面內的硬度、導電性和導熱性比垂直于平面的高得多。 相反,c-BN和w-BN的性質更加均勻和各向同性。

    這些材料非常堅硬,塊狀立方氮化硼的硬度略低于金剛石,而立方氮化硼的硬度甚至高于金剛石。 據報道,晶粒尺寸約為 10 nm 的多晶 c-BN 的維氏硬度與金剛石相當或更高。 由于對熱和過渡金屬的穩定性要好得多,c-BN 在機械應用(例如加工)中優于金剛石。 BN 的導熱系數是所有電絕緣體中最高的(見表)。

    氪化硅可以用鈹摻雜 p 型,用硼、、硅摻雜 n 型,或者與碳和氮共摻雜。

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    詞條目錄
    1. 氮化硼
    2. 結構
    3. 非晶態 (a-BN)
    4. 六方晶系(h-BN)
    5. 立方體 (c-BN)
    6. 纖鋅礦型 (w-BN)
    7. 屬性
    8. 物理

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