Внимание! Большой текст! Время прочтения 9 мин
Нитрид бора – весьма интересное бинарное соединение бора и азота. Науке известно множество способов применения нитрида бора причем в самых разных отраслях промышленности от косметики до космонавтики. И я серьезно.
В этой статье постараюсь наиболее подробно описать способы применения нитрида бора от наиболее практичных и перспективных до сказочных. Погнали!
Но прежде, чем перейдем к основной теме, небольшая справка.
Существуют три модификации BN
Гексагональная (h-BN)
Белый порошок, напоминающий тальк. Такой BN еще называют белый графит, потому как по структуре гексагональный нитрид бора имеет графитоподобную кристаллическую структуру. Частички напоминают шестиугольные пластинки.
Интересный факт: в интернете встречаются три марки гексагонального нитрида бора: A, B и С. Данные марки описаны в ТУ, зарегистрированных АО «УНИХИМ с ОЗ», единственного крупного производителя нитрида бора в РФ. Получается, что порошки, которые продают по этим ТУ другие предприятия либо закупаются в УНИХИМе, либо каким-то образом подгоняются под его характеристики.
Как разновидность гексагонального нитрида бора выделяют турбостратный, с разупорядоченной структурой. Слои располагаются хаотично, под разным углом, также в слоях присутствуют разрывы.
Кубическая
По твердости BN такой модификации схож с алмазом. Из-за своих свойств кубический BN широко используется как абразивное покрытие при шлифовке деталей из металла, а крупные кристаллы при производстве резцов.
Плотная гексагональная
Данная модификация еще до конца не изучена. Соответственно и способы ее применения.
Наибольший интерес для науки и производства сегодня представляет гексагональный нитрид бора. Итак, где же применяется гексагональный BN?
Способы применения гексагонального BN
В составе вспомогательные продуктов для металлургии и других производств
Частицы нитрида бора обладают уникальными качествами, которые делают соединение полезным компонентом в составе смазочных материалов и покрытий, огнеупорных клеев, паст, эмульсий и т.д. Всё это благодаря свойствам этого химического соединения:
- Огнеупорные материалы: материалы с нитридом бора в составе способны выдерживать оочень высокие температуры – то есть до +700°C на воздухе. Еще BN обеспечивает хорошую адгезию. Таким образом, покрытие или клей не осыпятся при экстремальных рабочих температурах;
- Смазочные материалы: плоская структура дает возможность запечатать повреждения и неровности на смазываемой поверхности, что улучшит скольжение и снизит износ деталей. Использование BN в смазке способствует охлаждению смазываемых поверхностей за счет своей теплопроводности;
- Разделительные покрытия: порошок нитрида бора химически инертен, поэтому предотвращает прилипание расплавов к обрабатываемой поверхности.
Более дешевый материал, с которым часто сравнивают нитрид бора - графит. Он также выдерживает высокие температуры, имеет плоскую структуру. Однако по сравнению с нитридом бора он менее теплопроводен и более маркий.
Нитрид бора в косметике
Гексагональный нитрид бора используют для изготовления тональных основ, теней для век, румян, бронзеров, карандашей, губной помады и другой уходовой и декоративной косметики.
Нитрид бора в косметике отвечает за такие ее свойства как легкость нанесения, стойкость, эффект свечения кожи, либо матовость, хорошую адгезию к коже. Его используют такие бренды как MAC, YVES ROCHER, CLINIQ, Estrade, ART-Visage, RAD, Jane Iredale, Wet N Wild, Unilever, Faberlic и т.д.
Два типа BN используются в косметике: гексагональный и турбостратный.
- Гексагональный имеет плоскую графитовую кристаллическую структуру, обеспечивает оптимальное сочетание преимуществ в косметических составах: скольжение, отличную адгезию, поглощает избыток кожного себума. Создает эффект софт-фокус, маскируя недостатки. Усиливает стойкость средства на коже.
- Турбостратный: имеет неупорядоченные слои. Обеспечивает матовое, непрозрачное покрытие и низкую светопропускную способность. Маскирует недостатки. Хорошо держится на коже. Придает меньшее скольжение, нежели гексагональный. Более матовый.
Нитрид бора, подходящий для изготовления косметики, успешно импортозаместил уральский НИИ - АО «УНИХИМ с ОЗ». Узнайте подробнее в статье на сайте: https://rostec.ru/news/unikhim-importozamestil-syre-dlya-dekorativnoy-kosmetiki/?ysclid=m1hfrs7mno788710479
В качестве присадки в моторные и трансмиссионные масла
Вышеперечисленные качества – теплопроводность, плоская молекулярная структура делает нитрид бора эффективной присадкой. Подобная присадка может применяться в виде порошка либо в составе суспензии. Она подходит для всех видов механических передач, кроме фрикционной (для зубчатых, червячных, цепных), в редукторах и коробках передач. Подойдет для работы с деталями транспорта, промышленных станков, лифтов.
Однако нужно быть аккуратнее с моторными маслами т.к. нитрид бора крупной фракции может забивать системы фильтрации.
Для обработки тормозных систем
Порошком h-BN обрабатывают тормозные колодки и диски для предотвращения стачивания тормозной системы и скрипа. Нитрид бора наносят в сочетании с растворителем (Уайт-Спирит) либо в чистом виде. В данном случае частицы h-BN так же заполнят неровности и будут способствовать более плотному соприкосновению элементов тормозного механизма.
Подробнее о нитриде бора для тормозов: https://youtu.be/Uu1YUAAxRsY?si=jhNeXC3K3kEbq97a
Для производства огнеупорной керамики
Из предварительно спеченного и измельченного порошка нитрида бора получают огнеупорную керамику высокой плотности, использующуюся в качестве плавильных тиглей, защитных чехлов термопар и высокотемпературных изоляционных деталей.
Преимущества подобной керамики заключаются в низкой смачиваемости расплавами стекла и большинства металлов, высокой устойчивости к тепловым ударам, твердость и низком значении коэффициента термического расширения.
Аэрокосмическая отрасль
Нитрид бора широко используется для производства:
- покрытия высокотемпературных компонентов ракетных двигателей и авиационных газотурбинных двигателей;
- композитов в сочетании с другими материалами для изготовления конструкционных деталей самолетов, ракет и спутников, что повышает их прочность и долговечность;
- в качестве смазочных материалов для двигателей, шестерней и подшипников.
В качестве разделительного покрытия для запекания стекла (фьюзинг, моллирование, лэмпворк и т.д) и ювелирных работ
Нитрид бора в составе спреев и жидких покрытий нашел свое применение в качестве покрытия, препятствующего прилипанию стекла и драгоценных металлов к поверхностям и их легкому отделению, опять же благодаря своей структуре и стойкости к высоким температурам.
Из нитрида бора наука научилась синтезировать сверхсовременный материал – нанотрубки
Нанотрубки представляют собой цилиндрические образования тоньше человеческого волоса в 50 000 раз. Они обладают высокой теплопроводностью сходной с той, что у алмаза и большой прочностью. В отличие от нанотрубок из других материалов, нанотрубки из нитрида бора выдерживают критически высокие температуры (900°C-1000°C), химически стабильны и являются диэлектриками, их слои более упорядочены. Нанотрубки имеют большие перспективы, хоть еще не нашли широкого практического применения.
А теперь о более фантастических отраслях применения нитрида бора
В качестве компонента в интегральных схемах компьютеров (микрочип, компьютерная микросхема) электронные компоненты в интегральных схемах компьютеров
Учеными из МФТИ было обнаружено, что нитрид бора обладает рекордным показателем преломления в ультрафиолетовом свете, а низкие оптические потери позволяют передавать информацию на большие расстояния практически без затухания. Основываясь на этом открытии из нитрида бора в сочетании с другими материалами были изготовлены оптические элементы, которые способны заменить электронные в компьютерных микросхемах.
В качестве двухмерной микросхемы
В МИСиС получили полупроводниковый материал на основе нитрида бора. Его полупророводниковые свойства можно менять путем изменения концентрации кислорода. Таким образом, можно управлять его проводимостью и как бы рисовать на пленке нужную микросхему. Данная технология может позволить создать нанопроцессор в будущем.
В качестве сервера
Ученые Массачусетского технологического университета разработали новый сверхтонкий материал из двух листов нитрида бора. Использование данной технологии позволит надежно хранить большие объемы памяти.
В качестве полупроводника в коммуникаторе для работы 6G
Полупроводники на основе нитрида бора способны включаться и выключаться путем подачи импульса электрического напряжения вместо постоянного сигнала. Коммуникаторы с подобными полупроводниками не нуждается в постоянной подаче напряжения и работает на частоте 120 гигагерц.
Для создания «суперткани»
Ученые также из МИСиС, обработав хлопковую ткань небольшим количеством поверхностно-модифицированных частиц ткани получили антибактериальные, гидрофобные нанотекстильные материалы, стабильные при стирке, устойчивые к воздействию температур и защищающие от ультрафиолетового излучения. В будущем такой материал может использоваться для широкого спектра применений, включая пошив спортивной одежды, спецодежды, а также материалов для медицинского использования (наволочки, простыни, халаты).
Для очистки воды
Корейские ученые открыли новый метод очистки воды, загрязненной радиацией с помощью нитрида бора. Согласно исследованиям, соединение эффективно поглощает уран.
Нитрид бора имеет массу преимуществ по сравнению с традиционными методами очистки, которые гораздо сложнее и дороже, и к тому же некоторые сами по себе подразумевают загрязнение окружающей среды. Нитрид бора гораздо больше подходит для этих целей. Он обладает высокой прочностью, устойчивостью к кислотам и большой площадью поверхности. Также его можно использовать не один раз.
Ученые из России в свою очередь предложили способ очистки воды от фенола опять же с помощью материала с нитридом бора в качестве фотокатализатора. Фенолы – один из наиболее распространенных загрязнителей поверхностных вод. Их источником чаще всего являются стоки промышленных предприятий: нефтеперерабатывающих, сланцеперерабатывающих, коксохимических и т.д.
При воздействии ультрафиолетового света материал окисляет фенол до диоксида углерода, безвредный для человека. В данном случае преимуществом нитрида бора является его химическая стабильность и простота варьирования его свойств путем модификации структуры.
Изготовление антибиотиков
Ученые опять же из МИСИС синтезировали покрытия для антибиотиков, состоящие из наночастиц нитрида бора, модифицированные ультрадисперсными наночастицами серебра, или оксида железа.
Носители нитрида бора обладают уникальной сферической формой с игольчатой поверхностью, наносящей физическое повреждение мембранам бактериальных клеток, и обладают бактерицидным эффектом за счет высвобождения ионов металлов и образования активных форм кислорода, уничтожающих болезнетворные организмы.
Возможно, статью следовало бы назвать «Все, что вы хотели бы знать о нитриде бора», но объективно тема соединения еще не до конца раскрыта, и ученые до сих пор находят для него новые способы применения и обнаруживают новые полезные свойства... А вообще, что бы вам было интересно узнать о BN?