Bor suboksid

Kjemiske egenskaper
Bor suboksid

__ B __ O Krystallstruktur av et ikke- støkiometrisk bor-suboksid
Formel	B 6 O
Molarmasse	80,865 ± 0,042 g / mol B 80,22%, O 19,79%,
Fysiske egenskaper
T ° fusjon	2000 ° C
Volumisk masse	2,56 g · cm -3
Krystallografi
Krystallsystem	trigonal , orthorhombic
Krystallklasse eller romgruppe	B 6 Oα: R 3 m ( n o 166) trigonal Hermann-Mauguin: ${\ displaystyle R \ {\ bar {3}} \ 2 / m \,}$ Hermann-Mauguin løper: ${\ displaystyle R {\ bar {3}} m \,}$ Schoenflies: ${\ displaystyle D_ {3d} ^ {5} \,}$ B 6 Oβ: Cmcm ( n o 63) ortorombisk Hermann-Mauguin: ${\ displaystyle C2 / m ~ 2 / c ~ 2_ {1} / m \,}$ Hermann-Mauguin løper: ${\ displaystyle Cmcm \,}$ Schoenflies: ${\ displaystyle D_ {2h} ^ {17} \,}$
Mesh-parametere	B 6 Oa: a = b = c = 515,3 pm , a = 63,10 ° ; B 6 Oβ: a = 539,3 pm , b = 877,7 pm , c = 873,6 pm , α = β = γ = 90 ° .

Enheter av SI og STP med mindre annet er oppgitt.

Det bor suboksydet er en kjemisk forbindelse med formel B 6 O. Det ser ut som et fast stoff krystalliserte i det trigonale system med romgruppen R 3 m ( n o 166) eller i det ortorombiske system med plass gruppe Cmcm ( n o 63), i henhold til to polymorfer av B 6 Obetegnet henholdsvis α og β. Disse strukturene består av åtte icosahedra i toppunktene til en rombohedral elementær celle . Hver icosahedron består av 12 boratomer . To oksygenatomer er plassert i mellomrommene langs rombohedralretningen [111]. På grunn av sin korte og sterkt kovalente kjemiske bindinger , dette materialet oppviser bemerkelsesverdige fysikalske og kjemiske egenskaper, særlig en Vickers-hardhet av 45 GPa målt på enkeltkrystaller , nær den til kubisk bornitrid BN, en tetthet på 2,56 g / cm 3 heller lav, høy varmeledningsevne , rundt 284,9 W m −1 K −1 og 207,1 W m −1 K −1 for B 6 O henholdsvis α og β, høy kjemisk treghet og veldig god slitestyrke .

Kan produsere boron suboksydet i å redusere den sesquioxide av bor B 2 O 3med bor eller ved oksiderende bor med sinkoksid ZnO eller andre oksidanter . Resultatene oppnådd ved et trykk nær materialer 1 atm er bor suboksydet generelt mangler oksygen og ikke støkiometrisk B 6 O 1 - δmed δ> 0,1 . De danner små korn (mindre enn 5 µm ) og er lite krystalliserte. Oksygenmangel bor-suboksid kan danne ikosahedriske partikler som ikke er enkle eller kvasikrystaller, men tvillinger på tjue tetraedriske krystaller . Anvendelsen av høyt trykk under syntesen av B 6 Okan forbedre det krystallinske av det oppnådde materialet betydelig, så vel som dets oksygenstøkiometri og størrelsen på dets krystaller. B 6 O produksjonsmetoderpublisert i litteraturen bruker vanligvis blandinger av borpulver og B 2 O 3.

Borsuboksyd av α-rombohedral bor-type studeres for sin keramiske natur - høy hardhet , høyt smeltepunkt , god kjemisk stabilitet, lav tetthet - som et nytt strukturelt materiale. Den viser spesielle bindinger som ikke lett beskrives av valensbindingsteori . Posisjonen av oksygenatomene kan bare bli bestemt av Rietveld metode på B 6 O pulvere.

Forberedelse

Borsuboksyd kan oppnås ved tre metoder:

faststoffreaksjon mellom bor og bor sesquioxide B 2 O 3 : det høye damptrykket til B 2 O 3 ved høye temperaturer fører til overflødig bor under denne reaksjonen;
reduksjon av B 2 O 3, For eksempel ved silisium og magnesium , som forblir i B 6 O i form av urenheter;
oksidasjon av bor, for eksempel av sinkoksid ZnO, som forurenser B 6 O underveis i prosessen.

Fysiske egenskaper

Boron suboksydet er sterkt kovalente og lett danne over 1873 K . Den er preget av sin store hardhet , høye smeltepunkt , gode kjemiske stabilitet og lave tetthet ; foreløpige ab initio- beregninger på de strukturelle egenskapene til bor-suboksyd antyder at styrken til bindinger i materialet kan økes ved tilstedeværelse av sterkt elektronegative atomer i strukturen.

applikasjoner

Borsuboksid ble gjenstand for intensiv forskning for applikasjoner som belegg mot slitasje av dreieverktøy med høy hastighet eller som slipende . Den viktigste hindringen for industriell bruk er dens begrensede seighet og fremfor alt de store praktiske vanskelighetene med å komprimere en B 6 Ostøkiometrisk med god krystallinitet . I tillegg har mange mekaniske egenskaper av dette materialet bare nylig blitt forstått.

Referanser

(en) Malin Olofsson og Torsten Lundström , " Syntese og struktur av ikke-støkiometrisk B 6 O ” , Journal of Alloys and Compounds , vol. 257, n bein 1-2,25. juli 1997, s. 91-95 ( DOI 10.1016 / S0925-8388 (97) 00008-X , les online )
beregnede molekylmasse fra " atomvekter av elementene 2007 " på www.chem.qmul.ac.uk .
(en) Paul F. McMillan, Hervé Hubert, Andrew Chizmeshy, William T. Petuskey, Lawrence AJ Garvie og Bertrand Devouard , " Nucleation and Growth of Icosahedral Boron Suboxide Clusters at High Pressure " , Journal of Solid State Chemistry , flygning. 147, n o 1, Oktober 1999, s. 281-290 ( DOI 10.1006 / jssc.1999.8272 , Bibcode 1999JSSCh.147..281M , les online )
(en) M. Kobayashi, I. Higashi, C. Brodhag og F. Thévenot , “ Structure of B 6 O bor-suboxide by Rietveld refinement ” , Journal of Materials Science , vol. 28, n o 8,1993, s. 2129-2134 ( DOI 10.1007 / BF00367573 , Bibcode 1993JMatS..28.2129K , les online )
(en) Huafeng Dong, Artem R. Oganov, Qinggao Wang, Sheng-Nan Wang, Zhenhai Wang, Jin Zhang, M. Mahdi Davari Esfahani, Xiang-Feng Zhou, Fugen Wu og Qiang Zhu , " Forutsigelse av en ny grunntilstand for superhard forbindelse B 6 O ved omgivelsesforhold ” , Scientific Reports , vol. 6,2016, artikkel nr . 31288 ( PMID 27498718 , PMCID 4976382 , DOI 10.1038 / srep31288 , Bibcode 2016NatSR ... 631288D , arXiv 1604.00586 , les online )
(en) Duanwei He, Yusheng Zhao, L. Daemen, J. Qian, TD Shen og TW Zerda , “ Bor suboxide: Like hard as cubic born nitrid ” , Applied Physics Letters , vol. 81, n o 4, Juli 2002, s. 643-645 ( DOI 10.1063 / 1.1494860 , Bibcode 2002ApPhL..81..643H , les online )
(in) Herrmann, I. Sigalas, Mr. Thiele, M. Müller, HJ Kleebe og A. Michaelis , " Boron suboxide UltraHARD materials " , International Journal of Refractory Metals and Hard Materials , vol. 39, juli 2013, s. 53-60 ( DOI 10.1016 / j.ijrmhm.2012.02.009 , les online )
(in) Jinghang Zhiting Dai Tian , " Stor varmeledningsevne av bor-suboksider TIL TROSS komplekse strukturer " , Applied Physics Letters , vol. 118, n o 4, Januar 2021, artikkel nr . 041901 ( DOI 10.1063 / 5.0034906 , Bibcode 2021ApPhL.118d1901D , les online )
(i) Dennis Durband, " Making the Hard Stuff " [PDF] på http://www.asu.edu/ , Arizona State University , 1998(åpnet 7. juli 2021 ) .
(in) Qi An, K. Madhav Reddy, Qian Jin, Kevin J. Hemker, Ming-Wei Chen og William A. Goddard III , " Nucleation of amorphous shear bands at nanotwins in Boron suboxide " , Nature Communications , Vol. 7, mars 2016Artikkel n o 11001 ( PMID 27001922 , PMCID 4804168 , DOI 10,1038 / ncomms11001 , bibcode 2016NatCo ... 711001A , lese på nettet )
(no) Takaya Akashi, Tsuyoshi Itoh, Itaru Gunjishima, Hiroshi Masumoto og Takashi Goto , “ Thermoelectric Properties of Hot-press Boron Suboxide (B 6 O ) ” , Materialtransaksjoner , vol. 43, n o 7,2002, s. 1719-1723 ( DOI 10.2320 / matertrans.43.1719 , les online )
(i) Ronald Machaka, Bonex W. Mwakikunga, Elayaperumal Manikandan Trevor E. Derry, Iakovos Sigalas og Mathias Herrmann , " Mechanical and Structural Properties of Fluor-Ion-Implanted Boron Suboxide " , Fremskritt innen materialvitenskap og engineering , vol. 2012, 2012, Artikkel nr . 792 973 ( DOI 10.1155 / 2012/792973 , les online )