보론 카바이드

Boron carbide
이 기사는 BC에4 관한 것이다. 다른 붕소 탄화물은 붕소 탄화물을 참조하십시오.
보론 카바이드
Boron carbide
이름
IUPAC 이름
보론 카바이드
기타 이름
테트라보르
식별자
  • 12069-32-8 checkY
3D 모델(JSmol)
켐스파이더
ECHA InfoCard 100.031.907 Edit this at Wikidata
펍켐 CID
유니
  • InChi=1S/CB4/c2-1-3(2)5(1)4(1)2 checkY
    키: INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChi=1/CB4/c2-1-3(2)5(1)4(1)2
    키: INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYAS
  • B12B3B4B1C234
특성.
기원전4
어금질량 55.1987 g/mb
외관 짙은 회색 또는 검은 가루, 무취의
밀도 2.52 g/cm3, 솔리드.
녹는점 2,763 °C(5,005 °F, 3,036 K)
비등점 3,500 °C(6,330 °F, 3,770 K)
불용성인
구조
림보헤드랄
위험
안전 데이터 시트(SDS) 외부 MSDS
관련 화합물
관련 화합물
 질화 붕소
달리 명시된 경우를 제외하고, 표준 상태(25°C [77°F], 100 kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공된다.
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Infobox 참조 자료

보론 카바이드(Boron Carbide, 약 BC4)는 매우 단단한 붕소-탄소 세라믹이며 탱크 갑옷, 방탄 조끼, 엔진 사보타지 분말 [1]및 수많은 산업 용도에 사용된다. 비커즈 경도가 30 GPA 미만인 이 제품은 질화수소 입방형 붕소 뒤편에서 가장 잘 알려진 물질 중 하나이다.[2]

역사

붕소 카바이드(Boron Carbide)는 19세기에 금속 붕소와 관련된 반응의 부산물로 발견되었지만 화학식은 알려지지 않았다. 1930년대에 이르러서야 화학적 성분은 BC로4 추정되었다.[3] 실제로 이 물질은 항상 이 공식과 관련하여 탄소 결핍이 약간 있고, X선 결정학에서는 C-B-C 체인과12 B 이코사헤드라가 혼합된 구조로 매우 복잡하다는 것을 보여주므로, 이 물질이 정확한 4:1 정량법을 가지고 있는지에 대한 논란이 남아 있었다.

이러한 특징들은 매우 단순하고 정확한 BC4 경험적 공식과 반대되는 것을 주장하였다.[4] B12 구조 단위 때문에 "이상적인" 붕소 카바이드의 화학 공식은 BC가4 아닌 BC로123 쓰여지는 경우가 많고, 붕소 카바이드의 탄소 결핍은 BC와123 BCBC12 단위의 조합으로 설명된다.

결정구조

BC의4 단위 세포. 녹색 구와 이코사헤드라는 붕소 원자로 이루어져 있고, 검은 구들은 탄소 원자로 이루어져 있다.[5]
BC4 결정 구조의 조각.

붕소 카바이드에는 아이코사헤드론 기반의 붕소가 전형적으로 나타나는 복잡한 결정 구조가 있다. 그곳에서 B12 이코사헤드라는 단위의 중심부에 위치한 C-B-C 체인을 둘러싸고 있는 회전목 격자체 단위(공간군: R3m (제166호), 격자 상수: a = 0.56 nm, c = 1.212 nm)를 형성하고, 두 탄소 원자가 인접한 3 이코사헤드라를 연결한다. 이 구조물은 층을 이루고 있다: B12 이코사헤드라와 브리징 탄화수소는 c-평면에 평행하게 퍼져 c-축을 따라 쌓이는 네트워크 평면을 형성한다. 격자에는 B12 이코사헤드론과 B6 옥타헤드론이라는 두 가지 기본 구조 단위가 있다. B옥타헤드라의6 작은 크기 때문에 그들은 서로 연결할 수 없다. 대신 인접 층의 B12 이코사헤드라와 결합하며, 이로 인해 c-평면의 결합 강도가 감소한다.[5]

B12 구조 단위 때문에 "이상적인" 붕소 카바이드의 화학 공식은 BC가 아닌4 BC로123 쓰여지는 경우가 많고, 붕소 카바이드의 탄소 결핍은 BC와123 BC122 단위의 조합으로 설명된다.[4][6] 일부 연구에서는 하나 이상의 탄소 원자가 붕소 이코사헤드라에 통합되어 (BC11)와 같은 공식을 발생시킬 가능성이 있음을 보여준다.CBC = 스토이치 측정의 탄소-중량 끝에서 BC이지만4, 붕소가 풍부한 끝에서 B12(CBB)와 같은 공식은 BC이다14. 따라서 "보론 카바이드"는 단일 화합물이 아니라 다른 구성의 화합물 계열이다. 일반적으로 발견되는 원소의 비율에 근접한 공통 중간값은 B12(CBC) = BC이다6.5.[7] 양자 기계적 계산은 결정의 서로 다른 위치에 있는 붕소와 탄소 원자 사이의 구성적 장애가 몇 가지 재료 특성, 특히4[8] BC 구성의 결정132 대칭성과 BC 구성의 비금속 전기적 특성을 결정한다는 것을 입증했다.[9]

특성.

붕소 탄화물은 매우 높은 경도(Mohs 경도 눈금에서 약 9.5~9.75), 중성자 흡수를 위한 높은 단면(즉, 중성자에 대한 양호한 실드 특성), 전리방사선에 대한 안정성 및 대부분의 화학물질을 가진 견고한 물질로 알려져 있다.[10] 비커즈 경도(38GPA), 탄성계수[clarification needed](460GPA),[11] 파단강도(3.5MPa·m1/2)가 다이아몬드(1150GPA, 5.3MPa·m1/2)에 상응하는 값에 접근한다.[12]

2015년 기준 붕소탄화물은 다이아몬드, 큐빅 붕소 질화물에 이어 세 번째로 단단한 물질로 '블랙 다이아몬드'[13][14]라는 별명을 얻었다.

반도체 특성

붕소 카바이드(Boron carbide)는 반도체로, 홉핑형 운송이 지배하는 전자적 특성을 갖고 있다.[7] 에너지 대역 격차는 순서의 정도뿐 아니라 구성에도 달려 있다. 대역 간극은 2.09 eV로 추정되며, 광 발광 스펙트럼을 복잡하게 만드는 다중 중간 대역 간극 상태가 있다.[7] 소재는 전형적으로 p-타입이다.

준비

붕소 카바이드(Boron carbide)는 1899년 앙리 모이산에 의해 최초로 합성되었는데,[6] 전기 아크로에 탄소가 존재하는 상태에서 삼산화 붕소를 탄소나 마그네슘으로 감소시켰다. 탄소의 경우, BC의4 녹는점 이상의 온도에서 반응이 일어나며, 다량의 일산화탄소가 방출되는 것을 동반한다.[15]

2 B2O3 + 7 C → B4C + 6 CO

마그네슘을 사용하면 흑연 도가니에서 반응이 가능하며, 산으로 처리하면 마그네슘 부산물이 제거된다.[16]

적용들

보론 카바이드(Boron Carbide)는 탄도 조끼의 내부 판에 사용된다.

경도:

다른 속성의 경우:

핵 애플리케이션

붕소 탄화물이 장수 방사성핵종을 형성하지 않고 중성자를 흡수하는 능력은 원전과[17] 대인 중성자 폭탄에서 발생하는 중성자 방사선의 흡수제로서 매력적이다. 붕소 카바이드의 핵 애플리케이션에는 차폐, 이름=w330>이 포함된다.위머, 페이지 330[/ref]

참고 항목

참조

  1. ^ Gray, Theodore (2012-04-03). The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe. Black Dog & Leventhal Publishers. ISBN 9781579128951. Retrieved 6 May 2014.
  2. ^ "Rutgers working on body armor". Asbury Park Press. Asbury Park, N.J. August 11, 2012. Retrieved 2012-08-12. ... boron carbide is the third-hardest material on earth.
  3. ^ Ridgway, Ramond R "Boron Carbide", 유럽특허 CA339873 (A), 발행일: 1934-03-06
  4. ^ a b Balakrishnarajan, Musiri M.; Pancharatna, Pattath D.; Hoffmann, Roald (2007). "Structure and bonding in boron carbide: The invincibility of imperfections". New J. Chem. 31 (4): 473. doi:10.1039/b618493f.
  5. ^ a b Zhang FX, Xu FF, Mori T, Liu QL, Sato A, Tanaka T (2001). "Crystal structure of new rare-earth boron-rich solids: REB28.5C4". J. Alloys Compd. 329 (1–2): 168–172. doi:10.1016/S0925-8388(01)01581-X.
  6. ^ a b Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. p. 149. ISBN 978-0-08-037941-8.
  7. ^ a b c Domnich, Vladislav; Reynaud, Sara; Haber, Richard A.; Chhowalla, Manish (2011). "Boron Carbide: Structure, Properties, and Stability under Stress" (PDF). J. Am. Ceram. Soc. 94 (11): 3605–3628. doi:10.1111/j.1551-2916.2011.04865.x. Archived from the original (PDF) on 27 December 2014. Retrieved 23 July 2015.
  8. ^ Ektarawong, A.; Simak, S. I.; Hultman, L.; Birch, J.; Alling, B. (2014). "First-principles study of configurational disorder in B4C using a superatom-special quasirandom structure method". Phys. Rev. B. 90 (2): 024204. arXiv:1508.07786. Bibcode:2014PhRvB..90b4204E. doi:10.1103/PhysRevB.90.024204. S2CID 39400050.
  9. ^ Ektarawong, A.; Simak, S. I.; Hultman, L.; Birch, J.; Alling, B. (2015). "Configurational order-disorder induced metal-nonmetal transition in B13C2 studied with first-principles superatom-special quasirandom structure method". Phys. Rev. B. 92 (1): 014202. arXiv:1508.07848. Bibcode:2015PhRvB..92a4202E. doi:10.1103/PhysRevB.92.014202. S2CID 11805838.
  10. ^ 바이머, 페이지 330
  11. ^ Sairam, K.; Sonber, J.K.; Murthy, T.S.R.Ch.; Subramanian, C.; Hubli, R.C.; Suri, A.K. (2012). "Development of B4C-HfB2 composites by reaction hot pressing". Int.J. Ref. Met. Hard Mater. 35: 32–40. doi:10.1016/j.ijrmhm.2012.03.004.
  12. ^ Solozhenko, V. L.; Kurakevych, Oleksandr O.; Le Godec, Yann; Mezouar, Mohamed; Mezouar, Mohamed (2009). "Ultimate Metastable Solubility of Boron in Diamond: Synthesis of Superhard Diamondlike BC5" (PDF). Phys. Rev. Lett. 102 (1): 015506. Bibcode:2009PhRvL.102a5506S. doi:10.1103/PhysRevLett.102.015506. PMID 19257210.
  13. ^ "Boron Carbide". Precision Ceramics. Archived from the original on 2015-06-20. Retrieved 2015-06-20.
  14. ^ A. Sokhansanj; A.M. Hadian (2012). "Purification of Attrition Milled Nano-size Boron Carbide Powder". 2nd International Conference on Ultrafine Grained & Nanostructured Materials (UFGNSM). International Journal of Modern Physics: Conference Series. 5: 94–101. Bibcode:2012IJMPS...5...94S. doi:10.1142/S2010194512001894.
  15. ^ 바이머, 페이지 131
  16. ^ 파트나이크, 프리다도(2002년). 무기 화학 약품 안내서. 맥그로힐 ISBN 0-07-049439-8
  17. ^ Fabrication and Evaluation of Urania-Alumina Fuel Elements and Boron Carbide Burnable Poison Elements, Wisnyi, L. G. and Taylor, K.M., in "ASTM Special Technical Publication No. 276: Materials in Nuclear Applications", Committee E-10 Staff, American Society for Testing Materials, 1959

참고 문헌 목록

외부 링크