Наноструктуры нитрида бора (BN): формирование, свойства, применение
Общие сведения о BN
BN не встречается в природе
BN получают плазмохимически как продукт реакции оксида бора B2O3 с аммиаком NH3 при температуре ~2000 °C, когда в струю
азотной плазмы при 5000 – 6100 К подаётся аморфный бор, а также при пиролизе при 1300 – 2300 К смеси летучих соединений азота и бора.
Нитрид бора не окисляется кислородом до ~700 °C, разрушается в горячих растворах щелочей с выделением аммиака. Со фтороводородом образует NH4[BF4], со фтором – BF3 и N2.
Известно несколько полиморфных модификаций BN: α-BN или h-BN
β-BN w-BN
Кристаллическая структура BN
α-BN или h-BN, белый графит – белый, похожий на тальк порошок, имеет гексагональную, графитоподобную кристаллическую структуру, температура плавления 3000 °C, широкозонный полупроводник. Теплопроводность при нормальных условиях достигает 400 Вт/(м·К) для определённого направления в кристалле, но она гораздо меньше для других направлений и для порошков и отличается для других форм BN.
Кристаллическая структура BN
β-BN, структура типа сфалерита – цинковая обманка Эльбо́р (Ленинград + бор), боразо́н (от бор + азот), кубони́т,
кингсонгит, киборит – торговые марки сверхтвердых материалов на основе кубической β-модификации (сфалеритной) нитрида бора, или кубического нитрида бора. По твёрдости и другим свойствам приближается к алмазу – 10 по шкале Мооса.
Кристаллическая структура BN
w-BN, структура типа вюрцита (кристаллическая модификация сульфида цинка ZnS c гексагональной структурой)
Наноструктуры BN
2D |
1D |
0D |
2D структуры BN
Аналогично графиту, гексагональный нитрида бора (h-BN) состоит из слоев. В отличие от графита, последовательность слоев (aA, aA,...), где шестиугольники B3N3 перекрываются с
шестиугольниками N3B3
h-BN
-графит
2D структуры BN
h-BN
h-BN
Графен (graphene)
Методы получения
•Микромеханическое расслоение графита
•Жидкофазное расслоение графита
•Окисление графита
•Химическое осаждение из газовой фазы
•Получение в электрической дуге
•Термическое разложение SiC
•Эпитаксиальное выращивание на металлической поверхности
Получение 2D BN
Эпитаксиальное выращивание на металлической поверхности
Формирование слоя BN на поверхности родия Rh(111) в парах B3H6N3 проходило при
800 °C в вакууме с последующим охлаждением.
Образование отверстий («дырок») в слое BN возможно связано с рассогласованием параметров решетки родия и нитрида бора.