질화 붕소 , 질소 원자 (N)와 붕소 원자 (B)의 결합에 의해 형성되는 무기 고체이다. 화학 공식은 BN입니다. 고온에 대한 저항성이 높고 열 전도율이 좋은 흰색 고체입니다. 예를 들어, 실험실 도가니를 만드는 데 사용됩니다.
질화 붕소 (BN)는 많은 산에 내성이 있지만 불화 수소산과 용융 염기에 의한 공격에는 특정한 약점이 있습니다. 좋은 전기 절연체입니다.
질화 붕소 (BN)의 구조. Akeramop. 출처 : Wikimedia Commons.
그것은 다양한 결정 구조에서 얻어지며 가장 중요한 것은 육각형과 입방 형입니다. 육각형 구조는 흑연을 닮아 미끄 럽기 때문에 윤활제로 사용됩니다.
큐빅 구조는 거의 다이아몬드처럼 단단하며 절삭 공구를 만들고 다른 재료의 인성을 향상시키는 데 사용됩니다.
질화 붕소를 사용하면 나노 튜브라고하는 미세한 (극도로 얇은) 튜브를 만들 수 있습니다. 나노 튜브는 체내 운반 및 암 종양에 대한 약물 방출과 같은 의료 용도로 사용할 수 있습니다.
구조
질화 붕소 (BN)는 붕소와 질소 원자가 삼중 결합으로 공유 결합 된 화합물입니다.
분리 된 질화 붕소 분자는 붕소 원자와 삼중 결합으로 연결된 질소 원자를 가지고 있습니다. Benjah-bmm27. 출처 : Wikimedia Commons.
고체상에서 BN은 6 원 고리 형태의 동일한 수의 붕소와 질소 원자로 구성됩니다.
BN 링의 공명 구조. 저자 : Teachi. 출처 : Wikimedia Commons.
BN은 흑연과 유사한 육각형 (h-BN), 다이아몬드와 유사한 입방체 (c-BN), 능 면체 (r-BN) 및 wurtzite (w-BN)의 네 가지 결정 형태로 존재합니다.
h-BN의 구조는 흑연의 구조와 유사합니다. 즉, 붕소와 질소 원자가 교대로있는 육각형 고리의 평면을 가지고 있습니다.
육각형 질화 붕소의 별도 평면 형태의 구조. Benjah-bmm27. 출처 : Wikimedia Commons.
h-BN의 평면 사이에는 큰 거리가 있으며 이는 반 데르 발스 힘에 의해서만 결합된다는 것을 시사합니다. 이는 매우 약한 인력이며 평면은 서로 쉽게 미끄러질 수 있습니다.
이런 이유로 h-BN은 촉감이 크리미합니다.
큐빅 BN c-BN의 구조는 다이아몬드와 유사합니다.
입방정 질화 붕소 (왼쪽)와 육각형 (오른쪽)의 비교. 출처 : Benutzer : Oddball, chris 論의 벡터 버전. 출처 : Wikimedia Commons.
명명법
질화 붕소
속성
몸 상태
기름기 많은 흰색 고체 또는 만지면 미끄 럽습니다.
분자 무게
24.82g / 몰
녹는 점
약 3000ºC에서 승화합니다.
밀도
육각 BN = 2.25g / cm 3
입방 BN = 3.47g / cm 3
용해도
뜨거운 알코올에 약간 용해됩니다.
화학적 특성
질화 붕소는 질소와 붕소 사이의 강한 결합 (삼중 결합)으로 인해 화학적 공격에 대한 저항성이 높고 매우 안정적입니다.
염산 HCl, 질산 HNO 3 및 황산 H 2 SO 4 와 같은 산에는 불용성입니다 . 그러나 수산화 리튬 LiOH, 수산화 칼륨 KOH 및 수산화 나트륨 NaOH와 같은 용융 염기에 용해됩니다.
대부분의 금속, 유리 또는 염과 반응하지 않습니다. 때로는 인산 H 3 PO 4 와 반응 합니다. 고온에서 산화에 저항 할 수 있습니다. BN은 공기 중에서 안정하지만 물에 의해 천천히 가수 분해됩니다.
BN은 불소 가스 F에 의해 공격 2 및 플루오르 화 수소산 HF에 의해.
기타 물리적 특성
그것은 높은 열전도율, 높은 열 안정성 및 높은 전기 저항률을 가지고 있습니다. 즉, 전기 절연체입니다. 표면적이 높습니다.
H-BN (육각 BN)은 흑연과 유사한 촉감이 뚜렷하지 않은 고체입니다.
고온과 압력에서 h-BN을 가열하면 매우 단단한 입방체 형태의 c-BN으로 변환됩니다. 일부 소식통에 따르면 다이아몬드를 긁을 수 있습니다.
BN 기반 재료는 무기 오염 물질 (예 : 중금속 이온)과 유기 오염 물질 (예 : 염료 및 약물 분자)을 흡수 할 수 있습니다.
수착은 당신이 그들과 상호 작용하고 그들을 흡수하거나 흡수 할 수 있음을 의미합니다.
구하기
H-BN 분말은 질소 분위기 N 2 하에서 삼산화 붕소 B 2 O 3 또는 붕산 H 3 BO 3 을 암모니아 NH 3 또는 요소 NH 2 (CO) NH 2 와 반응시켜 제조됩니다 .
또한 BN은 매우 높은 온도에서 붕소와 암모니아를 반응시켜 얻을 수 있습니다.
그것을 준비하는 또 다른 방법 은 불활성 가스와 고온 (600-1080 ° C)을 사용하는 diborane B 2 H 6 및 NH 3 암모니아입니다 .
B 2 H 6 + 2 NH 3 → 2 BN + 6 H 2
응용
H-BN (육각형 질화 붕소)은 그 특성에 따라 다양한 중요한 용도로 사용됩니다.
-고체 윤활제로
-화장품 첨가제로
-고온 전기 절연체
-도가니 및 반응 용기에서
-금형 및 증발 용기
-수소 저장 용
-촉매
-하수오 염물질 흡착
다이아몬드의 경도와 거의 동일한 경도의 입방정 질화 붕소 (c-BN)가 사용됩니다.
-경질 합금강, 주철 및 공구강과 같은 경질 철 재료 가공용 절삭 공구
-절삭 공구 용 특정 세라믹과 같은 다른 경질 재료의 경도 및 내마모성을 개선합니다.
일부 절삭 공구에는 증가 된 경도를 나타 내기 위해 질화 붕소가 포함될 수 있습니다. 저자 : Michael Schwarzenberger. 출처 : Pixabay.
-BN 박막 사용
전자 장비의 구성 요소 인 반도체 장치 기술에 매우 유용합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
-플랫 다이오드를 만들기 위해; 다이오드는 전기가 한 방향으로 만 순환하도록하는 장치입니다.
-Al-BN-SiO 2 -Si 와 같은 금속-절연체-반도체 메모리 다이오드에서
-전압 제한기로 집적 회로에서
-특정 재료의 경도를 높이기 위해
-일부 재료를 산화로부터 보호하기 위해
-다양한 장치의 화학적 안정성 및 전기 절연성을 높이기 위해
-박막 커패시터
일부 다이오드 및 커패시터에는 질화 붕소가 포함될 수 있습니다. 저자 : Sinisa Maric. 출처 : Pixabay.
-BN 나노 튜브 사용
나노 튜브는 분자 수준에서 튜브 모양의 구조입니다. 특수 현미경으로 만 볼 수있을 정도로 작은 튜브입니다.
다음은 BN 나노 튜브의 몇 가지 특성입니다.
-그들은 높은 소수성, 즉 물을 격퇴합니다.
-산화 및 열에 대한 저항성이 높습니다 (최대 1000 ° C까지 산화 저항 가능)
-높은 수소 저장 용량 전시
-방사선 흡수
-그들은 전기의 아주 좋은 절연체입니다
-열전도율이 높습니다.
-고온 내 산화성이 우수하여 표면의 산화 안정성을 높이는 데 사용할 수 있습니다.
-소수성으로 인해 초 소수성 표면을 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 즉, 물에 대한 친 화성이없고 물이 침투하지 않습니다.
-BN 나노 튜브는 특정 재료의 특성을 향상시킵니다. 예를 들어, 유리의 파손에 대한 경도와 저항성을 높이기 위해 사용되었습니다.
현미경으로 관찰 된 질화 붕소 나노 튜브. 김근수 외. . 출처 : Wikimedia Commons.
의료 분야에서
BN 나노 튜브는 독소루비신과 같은 항암제의 운반체로 테스트되었습니다. 이러한 물질을 포함하는 특정 조성물은 상기 약물을 사용한 화학 요법의 효율성을 증가시켰다.
여러 경험에서 BN 나노 튜브는 신약을 운반하고 적절하게 방출 할 수있는 잠재력을 가지고있는 것으로 나타났습니다.
고분자 생체 재료에 BN 나노 튜브를 사용하여 경도, 분해 속도 및 내구성을 높이기 위해 연구되었습니다. 예를 들어 정형 외과 용 임플란트에 사용되는 재료입니다.
센서로
BN 나노 튜브는 수분, 이산화탄소 CO 2 검출 및 임상 진단 을위한 새로운 장치를 만드는 데 사용되었습니다 . 이 센서는 빠른 응답과 짧은 복구 시간을 보여주었습니다.
BN 재료의 가능한 독성
BN 나노 튜브의 가능한 독성 효과에 대한 우려가 있습니다. 일부 연구는 세포에 독성이 있음을 나타내는 반면 다른 연구는 그 반대를 나타내므로 세포 독성에 대한 명확한 합의는 없습니다.
이것은 생물학적 물질에 대한 연구를 수행하기 어렵게 만드는 소수성 또는 물에 대한 불용성 때문입니다.
일부 연구자들은 BN 나노 튜브의 표면을 물에 대한 용해도를 선호하는 다른 화합물로 코팅했지만, 이것은 경험에 더 큰 불확실성을 추가했습니다.
대부분의 연구에 따르면 독성 수준이 낮지 만보다 정확한 조사가 수행되어야하는 것으로 추정됩니다.
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