Nitreto de boro

Nitreto de boro é um composto refratário termicamente e quimicamente resistente de boro e nitrogênio com a fórmula química BN. Existe em várias formas cristalinas que são isoeletrônicas a uma rede de carbono estruturada de forma semelhante. A forma hexagonal correspondente ao grafite é a mais estável e macia entre os polimorfos do BN, sendo, portanto, utilizada como lubrificante e aditivo em produtos cosméticos. A variedade cúbica (zincblende também conhecida como estrutura de esfalerita) análoga ao diamante é chamada de c-BN; é mais macio que o diamante, mas sua estabilidade térmica e química é superior. A rara modificação wurtzita BN é semelhante à lonsdaleita, mas ligeiramente mais macia que a forma cúbica.

Devido à excelente estabilidade térmica e química, a cerâmica de nitreto de boro é usada em equipamentos de alta temperatura e fundição de metal. O nitreto de boro tem uso potencial em nanotecnologia.

Estrutura

O nitreto de boro existe em múltiplas formas que diferem no arranjo dos átomos de boro e nitrogênio, dando origem a várias propriedades a granel do material.

Forma amorfa (a-BN)

A forma amorfa do nitreto de boro (a-BN) é não cristalina, sem nenhuma regularidade de longa distância no arranjo de seus átomos. É análogo ao carbono amorfo.

Todas as outras formas de nitreto de boro são cristalinas.

Forma hexagonal (h-BN)

A forma cristalina mais estável é a hexagonal, também chamada de h-BN, α-BN, g-BN e nitreto de boro grafítico. O nitreto de boro hexagonal (grupo pontual = D_6h; grupo espacial = P6₃/mmc) tem uma estrutura em camadas semelhante ao grafite. Dentro de cada camada, os átomos de boro e nitrogênio estão ligados por fortes ligações covalentes, enquanto as camadas são mantidas juntas por forças fracas de van der Waals. O "registro" O padrão dessas folhas difere, no entanto, do padrão observado para o grafite, porque os átomos são eclipsados, com átomos de boro sobrepostos aos átomos de nitrogênio. Este registro reflete a polaridade local das ligações B-N, bem como as características do doador de N/receptor de B entre as camadas. Da mesma forma, existem muitas formas metaestáveis que consistem em polítipos empilhados de maneira diferente. Portanto, h-BN e grafite são vizinhos muito próximos, e o material pode acomodar carbono como elemento substituinte para formar BNCs. Os híbridos BC₆N foram sintetizados, onde o carbono substitui alguns átomos de B e N.

Forma cúbica (c-BN)

O nitreto de boro cúbico tem uma estrutura cristalina análoga à do diamante. Consistente com o diamante ser menos estável que o grafite, a forma cúbica é menos estável que a forma hexagonal, mas a taxa de conversão entre as duas é insignificante à temperatura ambiente, como é para o diamante. A forma cúbica tem a estrutura cristalina da esfalerita (grupo espacial = F43m), a mesma do diamante (com átomos B e N ordenados) e também é chamado de β-BN ou c-BN.

Forma wurtzita (w-BN)

A forma wurtzita do nitreto de boro (w-BN; grupo pontual = C_6v; grupo espacial = P6₃mc) tem a mesma estrutura que a lonsdaleita, uma rara polimorfo hexagonal do carbono. Como na forma cúbica, os átomos de boro e nitrogênio são agrupados em tetraedros. Na forma wurtzita, os átomos de boro e nitrogênio são agrupados em anéis de 6 membros. Na forma cúbica todos os anéis estão na configuração de cadeira, enquanto em w-BN os anéis entre 'camadas' estão em configuração de barco. Relatórios otimistas anteriores previram que a forma wurtzita era muito forte e foi estimada por uma simulação como potencialmente tendo uma força 18% mais forte que a do diamante. Como existem apenas pequenas quantidades do mineral na natureza, isso ainda não foi verificado experimentalmente. Sua dureza é de 46 GPa, ligeiramente mais dura que os boretos comerciais, mas mais macia que a forma cúbica do nitreto de boro.

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  Forma hexagonal (h-BN)
  hexagonal análogo ao grafite

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  Forma cúbica (c-BN)
  estrutura eshalerite
  análogo ao diamante

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  Forma de Wurtzite (w-BN)
  estrutura de wurtzite
  analógica para lonsdaleite

Propriedades

Físico

A estrutura parcialmente iônica das camadas de BN em h-BN reduz a covalência e a condutividade elétrica, enquanto a interação entre as camadas aumenta, resultando em maior dureza do h-BN em relação ao grafite. A deslocalização eletrônica reduzida no BN hexagonal também é indicada por sua ausência de cor e um grande intervalo de banda. Ligações muito diferentes – forte covalente dentro dos planos basais (planos onde os átomos de boro e nitrogênio estão ligados covalentemente) e fraca entre eles – causa alta anisotropia da maioria das propriedades do h-BN.

Por exemplo, a dureza, condutividade elétrica e térmica são muito maiores dentro dos planos do que perpendicularmente a eles. Pelo contrário, as propriedades de c-BN e w-BN são mais homogêneas e isotrópicas.

Esses materiais são extremamente duros, com a dureza do c-BN a granel sendo ligeiramente menor e w-BN ainda maior que a do diamante. O c-BN policristalino com tamanhos de grão da ordem de 10 nm também é relatado como tendo dureza Vickers comparável ou superior ao diamante. Devido à estabilidade muito melhor ao calor e aos metais de transição, o c-BN supera o diamante em aplicações mecânicas, como usinagem de aço. A condutividade térmica do BN está entre as mais altas de todos os isoladores elétricos (ver tabela).

O nitreto de boro pode ser dopado tipo p com berílio e tipo n com boro, enxofre, silício ou se co-dopado com carbono e nitrogênio. Tanto o BN hexagonal quanto o cúbico são semicondutores de gap largo com uma energia de gap correspondente à região UV. Se a tensão for aplicada a h-BN ou c-BN, ela emite luz UV na faixa de 215–250 nm e, portanto, pode ser potencialmente usada como diodos emissores de luz (LEDs) ou lasers.

Pouco se sabe sobre o comportamento de fusão do nitreto de boro. Ele sublima a 2.973 °C à pressão normal, liberando gás nitrogênio e boro, mas derrete a pressão elevada.

Estabilidade térmica

BN hexagonais e cúbicos (e provavelmente w-BN) mostram notáveis estabilidades químicas e térmicas. Por exemplo, h-BN é estável à decomposição em temperaturas de até 1000 °C no ar, 1400 °C no vácuo e 2800 °C em uma atmosfera inerte. A reatividade de h-BN e c-BN é relativamente semelhante, e os dados para c-BN estão resumidos na tabela abaixo.

A estabilidade térmica do c-BN pode ser resumida da seguinte forma:

• No ar ou no oxigênio: B₂O₃ camada protetora evita mais oxidação a ~1300 °C; nenhuma conversão à forma hexagonal a 1400 °C.
• Em nitrogênio: alguma conversão para h-BN a 1525 °C após 12 h.
• Em vácuo (10.^-5Pai.): conversão para h-BN em 1550–1600 °C.

Estabilidade química

O nitreto de boro é insolúvel nos ácidos usuais, mas é solúvel em sais fundidos alcalinos e nitretos, como LiOH, KOH, NaOH-Na2CO3, NaNO3, Li3N, Mg3N2, Sr3N2, Ba3N2 ou Li3BN2, que são, portanto, usados para gravar BN.

Condutividade térmica

A condutividade térmica teórica de nanofitas hexagonais de nitreto de boro (BNNRs) pode se aproximar de 1700–2000 W/(m⋅K), que tem a mesma ordem de grandeza que o valor medido experimental para grafeno e pode ser comparável ao teórico cálculos para nanofitas de grafeno. Além disso, o transporte térmico nos BNNRs é anisotrópico. A condutividade térmica dos BNNRs com bordas em zigue-zague é cerca de 20% maior do que a das nanofitas com bordas de poltrona à temperatura ambiente.

Ocorrência natural

Em 2009, um mineral de nitreto de boro de ocorrência natural na forma cúbica (c-BN) foi relatado no Tibete, e o nome qingsongita foi proposto. A substância foi encontrada em inclusões dispersas do tamanho de mícrons em rochas ricas em cromo. Em 2013, a International Mineralogical Association afirmou o mineral e o nome.

Síntese

Preparação e reatividade de BN hexagonal

O nitreto de boro é produzido sinteticamente. O nitreto de boro hexagonal é obtido pela reação do trióxido de boro (B₂O₃) ou ácido bórico (H₃BO₃) com amônia (NH₃) ou uréia (CO(NH₂)₂ ) em uma atmosfera de nitrogênio:

B₂O₃ + 2 NH₃ → 2 BN + 3 H₂O (T = 900 °C)

B (OH)₃ + NH₃ → BN + 3 H₂O (T = 900 °C)

B₂O₃ + CO(NH₂)₂ → 2 BN + CO₂ + 2 H₂O (T > 1000 °C)

B₂O₃ + 3 CaB₆ + 10 N₂ → 20 BN + 3 CaO (T > 1500 °C)

O nitreto de boro desordenado (amorfo) resultante contém 92–95% BN e 5–8% B₂O ₃. O restante B₂O₃ pode ser evaporado em uma segunda etapa a temperaturas > 1500 °C para atingir a concentração de BN >98%. Tal recozimento também cristaliza BN, o tamanho dos cristalitos aumentando com a temperatura de recozimento.

As peças h-BN podem ser fabricadas de forma econômica por prensagem a quente com usinagem subsequente. As peças são feitas de pó de nitreto de boro adicionando óxido de boro para melhor compressibilidade. Filmes finos de nitreto de boro podem ser obtidos por deposição de vapor químico a partir de tricloreto de boro e precursores de nitrogênio. A combustão de pó de boro em plasma de nitrogênio a 5500 °C produz nitreto de boro ultrafino usado para lubrificantes e toners.

O nitreto de boro reage com o fluoreto de iodo em triclorofluormetano a -30 °C para produzir um explosivo de contato extremamente sensível, NI₃, em baixo rendimento. O nitreto de boro reage com nitretos de lítio, metais alcalino-terrosos e lantanídeos para formar compostos de nitridoborato. Por exemplo:

Li₃N + BN → Li₃BN₂

Intercalação de BN hexagonal

Estrutura do nitreto de boro hexagonal intercalado com potássio (B₄N₄KK)

Semelhante ao grafite, várias moléculas, como NH₃ ou metais alcalinos, podem ser intercaladas em nitreto de boro hexagonal, que é inserido entre suas camadas. Tanto o experimento quanto a teoria sugerem que a intercalação é muito mais difícil para BN do que para grafite.

Preparação de BN cúbico

A síntese do c-BN usa os mesmos métodos do diamante: o nitreto de boro cúbico é produzido pelo tratamento do nitreto de boro hexagonal a alta pressão e temperatura, assim como o diamante sintético é produzido a partir do grafite. A conversão direta de nitreto de boro hexagonal para a forma cúbica foi observada em pressões entre 5 e 18 GPa e temperaturas entre 1730 e 3230 °C, que são parâmetros semelhantes aos da conversão direta de grafite-diamante. A adição de uma pequena quantidade de óxido de boro pode reduzir a pressão necessária para 4–7 GPa e a temperatura para 1500 °C. Como na síntese do diamante, para reduzir ainda mais as pressões e temperaturas de conversão, adiciona-se um catalisador, como lítio, potássio ou magnésio, seus nitretos, fluoronitretos, água com compostos de amônio ou hidrazina. Outros métodos de síntese industrial, novamente emprestados do crescimento do diamante, usam o crescimento do cristal em um gradiente de temperatura ou onda de choque explosiva. O método de ondas de choque é usado para produzir um material chamado heterodiamante, um composto superduro de boro, carbono e nitrogênio.

É possível a deposição a baixa pressão de filmes finos de nitreto de boro cúbico. Assim como no crescimento do diamante, o grande problema é suprimir o crescimento das fases hexagonais (h-BN ou grafite, respectivamente). Enquanto no crescimento do diamante isso é obtido pela adição de gás hidrogênio, trifluoreto de boro é usado para c-BN. Deposição de feixe de íons, deposição de vapor químico aprimorada por plasma, deposição de laser pulsado, pulverização catódica reativa e outros métodos de deposição de vapor físico também são usados.

Preparação de wurtzita BN

Wurtzite BN pode ser obtido através de métodos estáticos de alta pressão ou de choque dinâmico. Os limites de sua estabilidade não estão bem definidos. Ambos c-BN e w-BN são formados pela compressão de h-BN, mas a formação de w-BN ocorre em temperaturas muito mais baixas próximas a 1700 °C.

Estatísticas de produção

Enquanto os valores de produção e consumo das matérias-primas utilizadas para a síntese de BN, nomeadamente ácido bórico e trióxido de boro, são bem conhecidos (ver boro), os números correspondentes para o nitreto de boro não são listados em relatórios estatísticos. Uma estimativa para a produção mundial de 1999 é de 300 a 350 toneladas métricas. Os principais produtores e consumidores de BN estão localizados nos Estados Unidos, Japão, China e Alemanha. Em 2000, os preços variaram de cerca de US$ 75 a US$ 120/kg para h-BN padrão de qualidade industrial e chegaram a US$ 200 a US$ 400/kg para graus de BN de alta pureza.

Aplicativos

BN hexagonal

Cerâmica BN crucificado

BN hexagonal (h-BN) é o polimorfo mais amplamente utilizado. É um bom lubrificante em baixas e altas temperaturas (até 900°C, mesmo em atmosfera oxidante). O lubrificante h-BN é particularmente útil quando a condutividade elétrica ou reatividade química do grafite (lubrificante alternativo) seria problemática. Em motores de combustão interna, onde o grafite pode ser oxidado e se transformar em lodo de carbono, o h-BN com sua estabilidade térmica superior pode ser adicionado ao lubrificante do motor; pode entupir os filtros de óleo do motor, o que limita a aplicação de lubrificantes sólidos em um motor de combustão apenas para configurações de corrida automotiva, onde a reconstrução do motor é uma prática comum. Como o carbono tem solubilidade apreciável em certas ligas (como aços), o que pode levar à degradação de propriedades, o BN é geralmente superior para aplicações de alta temperatura e/ou alta pressão. Outra vantagem do h-BN sobre o grafite é que sua lubricidade não requer água ou moléculas de gás presas entre as camadas. Portanto, os lubrificantes h-BN podem ser usados mesmo no vácuo, por ex. em aplicações espaciais. As propriedades lubrificantes do h-BN de grão fino são usadas em cosméticos, tintas, cimentos dentários e grafites.

O Hexagonal BN foi usado pela primeira vez em cosméticos por volta de 1940 no Japão. No entanto, devido ao seu alto preço, o h-BN foi logo abandonado para esta aplicação. Seu uso foi revitalizado no final dos anos 1990 com a otimização dos processos de produção do h-BN, e atualmente o h-BN é usado por quase todos os principais produtores de produtos cosméticos para bases, maquiagem, sombras, blushers, lápis kohl, batons e outros Produtos de cuidados com a pele.

Devido à sua excelente estabilidade térmica e química, a cerâmica de nitreto de boro é tradicionalmente usada como parte de equipamentos de alta temperatura. O h-BN pode ser incluído em cerâmicas, ligas, resinas, plásticos, borrachas e outros materiais, conferindo-lhes propriedades autolubrificantes. Tais materiais são adequados para a construção de, e. rolamentos e na fabricação de aço. Os plásticos preenchidos com BN têm menos expansão térmica, bem como maior condutividade térmica e resistividade elétrica. Devido às suas excelentes propriedades dielétricas e térmicas, o BN é usado em eletrônica, por exemplo. como substrato para semicondutores, janelas transparentes para micro-ondas, como enchimento condutor de calor, mas isolante elétrico, em pastas térmicas e como material estrutural para vedações. Muitos dispositivos quânticos usam multicamadas h-BN como material de substrato. Também pode ser usado como dielétrico em memórias resistivas de acesso aleatório.

BN hexagonal é usado em processos xerográficos e impressoras a laser como uma camada de barreira contra vazamento de carga do tambor fotográfico. Na indústria automotiva, o h-BN misturado com um aglutinante (óxido de boro) é usado para vedar sensores de oxigênio, que fornecem feedback para ajustar o fluxo de combustível. O aglutinante utiliza a estabilidade de temperatura única e as propriedades isolantes do h-BN.

As peças podem ser feitas por prensagem a quente de quatro graus comerciais de h-BN. Grau HBN contém um aglutinante de óxido de boro; é utilizável até 550–850 °C em atmosfera oxidante e até 1600 °C no vácuo, mas devido ao teor de óxido de boro é sensível à água. Grau HBR usa um aglutinante de borato de cálcio e pode ser usado a 1600°C. Os graus HBC e HBT não contêm aglutinante e podem ser usados até 3000°C.

Nanofolhas de nitreto de boro (h-BN) podem ser depositadas por decomposição catalítica de borazina a uma temperatura de ~1100 °C em uma configuração de deposição de vapor químico, em áreas de até cerca de 10 cm². Devido à sua estrutura atômica hexagonal, pequena incompatibilidade de rede com o grafeno (~2%) e alta uniformidade, eles são usados como substratos para dispositivos baseados em grafeno. As nanofolhas de BN também são excelentes condutores de prótons. Sua alta taxa de transporte de prótons, aliada à alta resistência elétrica, pode levar a aplicações em células a combustível e eletrólise de água.

h-BN tem sido usado desde meados dos anos 2000 como um lubrificante de projéteis e canos em aplicações de rifles de alvo de precisão como uma alternativa ao revestimento de dissulfeto de molibdênio, comumente referido como "moly". Alega-se que aumenta a vida útil efetiva do cano, aumenta os intervalos entre a limpeza do furo e diminui o desvio no ponto de impacto entre os primeiros tiros do furo limpo e os tiros subsequentes.

BN cúbico

O nitreto de boro cúbico (CBN ou c-BN) é amplamente utilizado como abrasivo. Sua utilidade decorre de sua insolubilidade em ferro, níquel e ligas relacionadas em altas temperaturas, enquanto o diamante é solúvel nesses metais. Os abrasivos policristalinos c-BN (PCBN) são, portanto, usados para usinagem de aço, enquanto os abrasivos de diamante são preferidos para ligas de alumínio, cerâmica e pedra. Quando em contato com o oxigênio em altas temperaturas, o BN forma uma camada de passivação de óxido de boro. O nitreto de boro liga-se bem com metais, devido à formação de camadas intermediárias de boretos ou nitretos metálicos. Materiais com cristais de nitreto de boro cúbicos são freqüentemente usados nas brocas das ferramentas de corte. Para aplicações de retificação, aglutinantes mais macios, por ex. resina, cerâmica porosa e metais macios. Aglutinantes de cerâmica também podem ser usados. Os produtos comerciais são conhecidos sob os nomes "Borazon" (pela Hyperion Materials & Technologies) e "Elbor" ou "Cubonite" (por fornecedores russos).

Ao contrário do diamante, grânulos grandes de c-BN podem ser produzidos em um processo simples (chamado de sinterização) de recozimento de pós de c-BN em fluxo de nitrogênio a temperaturas ligeiramente abaixo da temperatura de decomposição do BN. Esta capacidade de fusão dos pós de c-BN e h-BN permite a produção barata de grandes peças de BN.

Semelhante ao diamante, a combinação em c-BN de maior condutividade térmica e resistividade elétrica é ideal para dissipadores de calor.

Como o nitreto de boro cúbico consiste em átomos leves e é muito robusto quimicamente e mecanicamente, é um dos materiais populares para membranas de raios X: baixa massa resulta em pequena absorção de raios X e boas propriedades mecânicas permitem o uso de finos membranas, reduzindo ainda mais a absorção.

BN amorfo

Camadas de nitreto de boro amorfo (a-BN) são usadas em alguns dispositivos semicondutores, por exemplo, MOSFETs. Eles podem ser preparados por decomposição química de tricloroborazina com césio, ou por métodos de deposição de vapor químico térmico. O CVD térmico também pode ser usado para deposição de camadas de h-BN, ou em altas temperaturas, c-BN.

Outras formas de nitreto de boro

Nitreto de boro atomicamente fino

O nitreto de boro hexagonal pode ser esfoliado em camadas mono ou poucas camadas atômicas. Devido à sua estrutura análoga à do grafeno, o nitreto de boro atomicamente fino é às vezes chamado de grafeno branco.

Propriedades mecânicas

O nitreto de boro atomicamente fino é um dos materiais de isolamento elétrico mais fortes. O nitreto de boro monocamada tem um módulo de Young médio de 0,865TPa e resistência à fratura de 70,5GPa e, em contraste com o grafeno, cuja resistência diminui drasticamente com o aumento da espessura, as folhas de nitreto de boro com poucas camadas têm uma resistência semelhante à da monocamada nitreto de boro.

Condutividade térmica

O nitreto de boro atomicamente fino tem um dos mais altos coeficientes de condutividade térmica (751 W/mK à temperatura ambiente) entre os semicondutores e isolantes elétricos, e sua condutividade térmica aumenta com a espessura reduzida devido ao menor acoplamento intracamada.

Estabilidade térmica

A estabilidade do grafeno ao ar mostra uma clara dependência da espessura: o grafeno monocamada é reativo ao oxigênio a 250 °C, fortemente dopado a 300 °C e corroído a 450 °C; em contraste, o grafite a granel não é oxidado até 800 °C. Nitreto de boro atomicamente fino tem resistência à oxidação muito melhor do que o grafeno. O nitreto de boro monocamada não é oxidado até 700 °C e pode sustentar até 850 °C no ar; as nanofolhas de nitreto de boro bicamada e tricamada têm temperaturas iniciais de oxidação ligeiramente mais altas. A excelente estabilidade térmica, alta impermeabilidade a gases e líquidos e isolamento elétrico tornam materiais de revestimento com potencial de nitreto de boro atomicamente finos para evitar oxidação superficial e corrosão de metais e outros materiais bidimensionais (2D), como o fósforo preto.

Melhor absorção de superfície

Constatou-se que o nitreto de boro atomicamente fino tem melhores capacidades de adsorção de superfície do que o nitreto de boro hexagonal a granel. De acordo com estudos teóricos e experimentais, o nitreto de boro atomicamente fino como um adsorvente experimenta mudanças conformacionais na superfície de adsorção de moléculas, aumentando a eficiência e a energia de adsorção. O efeito sinérgico da espessura atômica, alta flexibilidade, capacidade de adsorção de superfície mais forte, isolamento elétrico, impermeabilidade, alta estabilidade térmica e química de nanofolhas de BN pode aumentar a sensibilidade Raman em até duas ordens e, entretanto, atingir estabilidade a longo prazo e reutilização extraordinária não alcançável por outros materiais.

Propriedades dielétricas

Nitreto de boro hexagonal atomicamente fino é um excelente substrato dielétrico para grafeno, dissulfeto de molibdênio (MoS₂) e muitos outros dispositivos eletrônicos e fotônicos baseados em materiais 2D. Como mostrado por estudos de microscopia de força elétrica (EFM), a triagem de campo elétrico em nitreto de boro atomicamente fino mostra uma fraca dependência da espessura, que está alinhada com o decaimento suave do campo elétrico dentro do nitreto de boro de poucas camadas revelado pelos primeiros princípios cálculos.

Características de Raman

A espectroscopia Raman tem sido uma ferramenta útil para estudar uma variedade de materiais 2D, e a assinatura Raman de nitreto de boro atomicamente fino de alta qualidade foi relatada pela primeira vez por Gorbachev et al. em 2011. e Li et al. No entanto, os dois resultados Raman relatados de nitreto de boro monocamada não concordaram entre si. Cai et al., portanto, conduziram estudos experimentais e teóricos sistemáticos para revelar o espectro Raman intrínseco do nitreto de boro atomicamente fino. Ele revela que o nitreto de boro atomicamente fino sem interação com um substrato tem uma frequência de banda G semelhante à do nitreto de boro hexagonal a granel, mas a tensão induzida pelo substrato pode causar desvios de Raman. No entanto, a intensidade Raman da banda G do nitreto de boro atomicamente fino pode ser usada para estimar a espessura da camada e a qualidade da amostra.

Nanomesh BN observado com um microscópio de túneis de varredura. O centro de cada anel corresponde ao centro dos poros

Parte superior: absorção de cicloexano por BN aerogel. Cyclohexane está manchado com tinta vermelha do Sudão II e está flutuando na água. Parte inferior: reutilização do aerogel após a queima no ar.

Nanomesh de nitreto de boro

Nanomesh de nitreto de boro é um material bidimensional nanoestruturado. Consiste em uma única camada de BN, que forma por auto-montagem uma malha altamente regular após exposição a alta temperatura de uma superfície limpa de ródio ou rutênio a borazina sob ultra-alto vácuo. O nanomesh parece um conjunto de poros hexagonais. A distância entre dois centros de poros é de 3,2 nm e o diâmetro do poro é de ~2 nm. Outros termos para este material são boronitreno ou grafeno branco.

O nanomesh de nitreto de boro não é apenas estável à decomposição sob vácuo, ar e alguns líquidos, mas também até temperaturas de 800°C. Além disso, mostra a extraordinária capacidade de capturar moléculas e aglomerados metálicos que possuem tamanhos semelhantes aos poros do nanomesh, formando um array bem ordenado. Essas características prometem aplicações interessantes do nanomesh em áreas como catálise, funcionalização de superfície, spintrônica, computação quântica e mídia de armazenamento de dados como discos rígidos.

Os nanotubos de BN são resistentes à chama, como mostrado neste teste comparativo de aviões feitos de celulose, papel buckypaper de carbono e papel buckypaper de nanotube BN.

Nanotubos de nitreto de boro

Os túbulos de nitreto de boro foram feitos pela primeira vez em 1989 por Shore e Dolan Este trabalho foi patenteado em 1989 e publicado em 1989 tese (Dolan) e depois em 1993 Science. O trabalho de 1989 também foi a primeira preparação de BN amorfo por B-tricloroborazina e césio metálico.

Os nanotubos de nitreto de boro foram previstos em 1994 e descobertos experimentalmente em 1995. Eles podem ser imaginados como uma folha enrolada de nitreto de boro. Estruturalmente, é um análogo próximo do nanotubo de carbono, ou seja, um cilindro longo com diâmetro de várias centenas de nanômetros e comprimento de muitos micrômetros, exceto que os átomos de carbono são substituídos alternadamente por átomos de nitrogênio e boro. No entanto, as propriedades dos nanotubos de BN são muito diferentes: enquanto os nanotubos de carbono podem ser metálicos ou semicondutores, dependendo da direção e do raio de laminação, um nanotubo de BN é um isolante elétrico com um bandgap de aproximadamente 5,5 eV, basicamente independente da quiralidade e morfologia do tubo. Além disso, uma estrutura de BN em camadas é muito mais termicamente e quimicamente estável do que uma estrutura de carbono grafítico.

Aerogel de nitreto de boro

O aerogel de nitreto de boro é um aerogel feito de BN altamente poroso. Normalmente consiste em uma mistura de nanotubos e nanofolhas BN deformados. Pode ter uma densidade tão baixa quanto 0,6 mg/cm³ e uma área de superfície específica tão alta quanto 1050 m²/g e, portanto, tem aplicações potenciais como absorvente, suporte de catalisador e meio de armazenamento de gás. Os aerogéis BN são altamente hidrofóbicos e podem absorver até 160 vezes seu peso em óleo. Eles são resistentes à oxidação no ar em temperaturas de até 1200 °C e, portanto, podem ser reutilizados após o óleo absorvido ser queimado por chama. Os aerogéis BN podem ser preparados por deposição de vapor químico assistida por modelo usando borazina como gás de alimentação.

Compósitos contendo BN

A adição de nitreto de boro à cerâmica de nitreto de silício melhora a resistência ao choque térmico do material resultante. Para o mesmo propósito, o BN é adicionado também às cerâmicas de nitreto de silício-alumina e nitreto de titânio-alumina. Outros materiais sendo reforçados com BN incluem alumina e zircônia, vidros de borosilicato, cerâmica de vidro, esmaltes e cerâmica composta com composição de boreto de titânio-nitreto de boro, nitreto de titânio-nitreto de alumínio-nitreto de boro e carboneto de silício-nitreto de boro.

Problemas de saúde

Nitreto de boro (juntamente com Si₃N₄, NbN e BNC) é relatado por mostrar atividade fibrogênica fraca e causar pneumoconiose quando inalado na forma particulada. A concentração máxima recomendada para nitretos de não metais é de 10 mg/m³ para BN e 4 para AlN ou ZrN.