Неокись бора
Неокись бора
Имена
Название ИЮПАК
Неокись бора
Другие имена
Окись гексабора
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
  • ИнЧИ=1С/6Б.О
    Ключ: ULGXBKYAAIALFZ-UHFFFAOYSA-N
  • [Б].[Б].[Б].[Б].[Б].[Б].[О]
Характеристики
Б 6 О
Молярная масса80,865 г/моль
ПоявлениеКрасноватые икосаэдрические сдвойникованные кристаллы
Плотность2,56 г/см 3 [1]
Температура плавления2000 °C (3630 °F; 2270 K) [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°
6
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
проверятьИ проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение

Субоксид бора (химическая формула B 6 O) представляет собой твердое соединение со структурой, построенной из восьми икосаэдров в вершинах ромбоэдрической элементарной ячейки. Каждый икосаэдр состоит из двенадцати атомов бора . Два атома кислорода расположены в промежутках вдоль ромбоэдрического направления [111]. Благодаря коротким длинам межатомных связей и сильно ковалентному характеру B 6 O демонстрирует ряд выдающихся физических и химических свойств, таких как большая твердость (близкая к твердости диборида рения и нитрида бора ), низкая плотность массы, высокая теплопроводность , высокая химическая инертность и отличная износостойкость. [4]

B 6 O можно синтезировать путем восстановления B 2 O 3 бором или путем окисления бора оксидом цинка или другими окислителями. [1] Эти материалы субоксида бора, образующиеся при давлении окружающей среды или близком к нему, обычно являются кислороддефицитными и нестехиометрическими ( B 6 O x , x < 0,9), имеют плохую кристалличность и очень малый размер зерна (менее 5 мкм). Высокое давление, применяемое во время синтеза B 6 O, может значительно увеличить кристалличность, стехиометрию кислорода и размер кристаллов продуктов. Смеси порошков бора и B 2 O 3 обычно использовались в качестве исходных материалов в описанных методах синтеза B 6 O. [4]

Субоксид бора с дефицитом кислорода (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 из-за его керамической природы (твердость, высокая температура плавления, химическая стабильность и низкая плотность) как новый структурный материал. В дополнение к этому, эти бориды имеют уникальную связь, нелегко доступную обычной валентной теории. Хотя метод рентгеновской эмиссионной спектроскопии указал вероятный диапазон параметров для кислородного участка B 6 O, правильное положение кислорода оставалось открытым до тех пор, пока анализ Ритвельда профилей рентгеновской дифракции на порошках B 6 O не был впервые успешно проведен, хотя это были предварительные исследования. [1]

Подготовка

B 6 O можно получить тремя способами:

  1. твердофазная реакция между B и B 2 O 3 ,
  2. восстановление B 2 O 3 и
  3. окисление B. Высокое давление паров B 2 O 3 при повышенных температурах приведет к избыточному составу B в процессе твердофазной реакции между B и B 2 O 3 .

При восстановлении B 2 O 3 восстановители, которые могут быть использованы, включают, но не ограничиваются, Si и Mg , которые остаются в B 6 O как примесь в процессе. В то время как в процессе окисления B окислители, такие как ZnO, загрязняют B 6 O в процессе. [7]

Физические свойства

Атомная структура и электронные микрофотографии идеального (вверху) и двойникованного (внизу) B 6 O. Зеленые сферы — бор, красные сферы — кислород. [8]

B 6 O имеет сильную ковалентную природу и легко компонуется при температурах выше 1973 К. [7] Также сообщалось, что субоксид бора демонстрирует широкий спектр превосходных свойств, таких как высокая твердость при низкой плотности, высокая механическая прочность, стойкость к окислению вплоть до высоких температур, а также его высокая химическая инертность. [9] Предварительные первопринципные расчеты функционала плотности структурных свойств субоксида бора (B 6 O ) предполагают, что прочность связи в B 6 O может быть повышена за счет присутствия в структуре интерстициального атома с высокой электроотрицательностью. Вычислительные расчеты подтверждают укорочение ковалентных связей, что, как полагают, способствует более высоким упругим константам и значениям твердости. [9]

Приложения

Потенциальные применения B 6 O в качестве износостойкого покрытия для высокоскоростных режущих инструментов, абразивов или других высокоизносных применений, например, стали объектом пристального внимания в последние годы. Однако, несмотря на интенсивные исследовательские усилия, коммерческие применения еще не реализованы. Это отчасти связано с низкой вязкостью разрушения горячепрессованного материала 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 довольно плохо изучены.

Субоксид бора также является перспективным материалом для бронежилета [10] , но его испытания все еще находятся на ранних стадиях, и по состоянию на ноябрь 2023 года о его коммерческом использовании ничего не известно. По-видимому, это связано с затратами на синтез высококачественного порошка B6O путем реакции B2O3 с B и дополнительными трудностями в уплотнении деталей из B6O с помощью стандартных промышленных методов спекания и горячего прессования. [11]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Kobayashi, M.; Higashi, I.; Brodhag, C.; Thévenot, F. (1993). «Структура субоксида бора B 6 O с помощью уточнения по Ритвельду». Журнал материаловедения . 28 (8): 2129–2134. Bibcode : 1993JMatS..28.2129K. doi : 10.1007/BF00367573. S2CID  137054305.
  2. ^ ab McMillan, PF; Hubert, H.; Chizmeshya, A.; Petuskey, WT; Garvie LAJ; Devouard, B. (1999). "Зарождение и рост икосаэдрических кластеров субоксида бора при высоком давлении". Журнал химии твердого тела . 147 (1): 281–290. Bibcode : 1999JSSCh.147..281M. doi : 10.1006/jssc.1999.8272.
  3. ^ Олофссон, Малин; Лундстрём, Торстен (1997). «Синтез и структура нестехиометрического B6O». Журнал сплавов и соединений . 257 (1–2): 91–95. doi :10.1016/S0925-8388(97)00008-X.
  4. ^ ab He, D.; Zhao, Y.; Daemen, L.; Qian, J.; Shen, TD; Zerda, TW (2002). «Субоксид бора: такой же твёрдый, как кубический нитрид бора». Applied Physics Letters . 81 (4): 643–645. Bibcode : 2002ApPhL..81..643H. doi : 10.1063/1.1494860.и ссылки в них
  5. ^ "Крупица субоксида бора (B6O), синтезированная учеными из Университета штата Аризона". Университет штата Аризона . Получено 2009-03-18 .
  6. ^ Дурбанд, Деннис (1998). «Создание крутых вещей» (PDF) . Университет штата Аризона. Архивировано из оригинала (PDF) 2016-03-03 . Получено 2009-03-18 .
  7. ^ ab Акаши, Т.; Цуёси, И.; Гунджишима, И.; Хироси, М.; Гото, Т. (2002). «Термодинамические свойства горячепрессованного субоксида бора (B6O)». Materials Transactions . 43 (7): 1719–1723. doi : 10.2320/matertrans.43.1719 .
  8. ^ An, Qi; Reddy, K. Madhav; Qian, Jin; Hemker, Kevin J.; Chen, Ming-Wei; Goddard Iii, William A. (2016). "Зарождение аморфных полос сдвига в нанодвойниках в субоксиде бора". Nature Communications . 7 : 11001. Bibcode :2016NatCo...711001A. doi :10.1038/ncomms11001. PMC 4804168 . PMID  27001922. 
  9. ^ ab Machaka, R.; Mwakikunga, BW; Manikandan, E.; Derry, TE; Sigalas, I.; Herrmann, M. (2012). «Механические и структурные свойства субоксида бора, имплантированного ионами фтора». Advances in Materials Science and Engineering . 2012 : 1–11. doi : 10.1155/2012/792973 .
  10. ^ Xie, KY; Kuwelkar, K.; Haber, RA; LaSalvia, JC; Hemker, KJ (2016). «Микроструктурная характеристика коммерческой броневой пластины из карбида бора горячего прессования». Журнал Американского керамического общества . 99 (8): 2834–2841. doi :10.1111/jace.14295.
  11. ^ "Adept Armor - Glossary - Boron Suboxide". ADEPT . 3 мая 2021 г. Получено 29 ноября 2023 г.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Boron_suboxide&oldid=1255507226"