탄화붕소란 무엇입니까 - 탄화붕소를 이해합시다

붕소 탄화물 결정 구조

B₄C의 결정세포. 녹색 구체와 정이십면체는 붕소 원자로 구성되어 있고, 검은 구체는 탄소 원자로 구성되어 있다.

탄화붕소 결정 구조의 조각

탄화붕소 결정 구조의 조각.

탄화붕소는 5면체를 중심으로 하는 붕소화물의 특징인 복잡한 결정구조를 가지고 있습니다. 더 비₁₂ 팔면체는 단위 셀 중심의 CBC 사슬 주위에 마름모 격자 단위를 형성하고(공간군: R3m, 격자 상수: a=0.56 nm 및 c=1.212 nm), 모든 탄소 원자는 인접한 세 팔면체를 연결합니다. 더 비₁₂ 팔면체와 브리징 탄소는 c면에 평행한 네트워크 평면을 형성하고, 이는 c축을 따라 적층되어 층상 구조를 형성합니다. 격자의 두 가지 기본 구조 단위는 B입니다.₁₂팔면체와 B₆ 팔면체. B 사이즈가 작기 때문에₆ 팔면체는 결합할 수 없습니다. 반대로 인접한 B에 결합합니다.₁₂c면의 결합을 약화시키는 팔면체.

"이상적인" 탄화붕소의 화학식은 때때로 B로 표기됩니다.₁₂씨_삼, 탄화붕소의 탄소 결핍은 B의 조합으로 정의됩니다.₁₂씨_삼그리고 B₁₂C 단위, B로 인해₁₂ 구조 단위. 일부 연구에서는 하나 이상의 탄소 원자가 붕소 팔면체에 내장되어 B와 같은 공식이 생성될 수 있음을 보여주었습니다.₁₁CCBC=B4C 화학양론적 탄소 무거운 끝, 그러나 B1과 같은 공식₂(CBB)=B₁₄ C는 붕소가 풍부한 쪽입니다. 따라서 "탄화붕소"는 단일 화합물이 아닌 다양한 조성을 갖는 일련의 화합물입니다. B2(CBC)=B_6.5 C는 일반적으로 발견되는 원소 비율에 가까운 일반적인 중간체입니다. 양자역학 계산에 따르면 B4C로 구성된 결정의 대칭성과 B의 비금속 전기적 특성₁₃씨₂결정의 서로 다른 위치에 있는 붕소와 탄소 원자의 무질서한 구성에 의해 결정됩니다.

탄화붕소의 물리적 성질

탄화붕소의 밀도는 2.52g/cm 3에 가깝습니다.

탄화붕소의 녹는점은 2445℃이다.

탄화붕소의 경도 범위는 2900-3580Kg/mm2(Knoop 100g)입니다.

탄화붕소의 파괴인성은 2.9-3.7MPam-1/2이다.

탄화붕소의 영률은 450-470 GPa입니다.

25°C에서 탄화붕소의 전도도는 140S입니다.

25°C에서의 열전도율은 30-42W/mK입니다.

탄화붕소의 열중성자 포집량은 600bar입니다.

탄화붕소의 화학적 성질

탄화붕소는 높은 인성(모스 경도 약 9.5 ~ 9.75), 큰 중성자 흡수 단면적(즉, 강력한 중성자 차폐 성능), 전리 방사선 및 대부분의 화학 물질에 대한 저항성을 지닌 견고한 물질입니다. 비커스 경도(38GPa), 탄성 계수(460GPa) 및 파괴 인성(3.5MPam)^-1/2)는 다이아몬드(1150 GPa 및 5.3 MPam)와 유사합니다.^-1/2).

붕소 탄화물은 2015년에 다이아몬드와 큐빅 보란에 이어 세 번째로 단단한 물질로 확인되었으므로 "블랙 다이아몬드"로 칭찬받습니다.

탄화붕소는 전자 특성이 호핑 수송에 의해 좌우되는 반도체입니다. 밴드 갭은 구성과 질서 정도에 의해 결정됩니다. 밴드 갭 측정은 2.09 eV이며, 광발광 스펙트럼은 여러 중간 밴드 갭 상태로 인해 복잡해집니다.

탄화붕소의 반응

탄화붕소 분말의 산화는 수증기가 있는 경우 250°C, 수증기가 없는 경우 450°C의 낮은 온도에서 시작됩니다. 수증기는 550 Å -600 Å C 이하의 온도에서 산화보다 빠른 속도로 B 2 O 2 산화물을 제거합니다. B 2 O 2는 B ₄ C 표면에서 H 2 O 산화를 억제하지만 공기 산화는 억제하지 않습니다. 물의 속도와 부분압 사이에는 선형 관계가 있습니다. 물 B ₄ C 반응의 활성화 에너지는 11 kcal/mol이고, 공기 B ₄ C 반응의 활성화 에너지는 45 kcal/mol입니다. 건조한 공기의 산화 속도는 700(235mm 수압의 경우)에 도달하기 전에 수증기의 산화 속도보다 느립니다.

붕소 탄화물의 역사

탄화붕소는 19세기에 금속 붕소화물 반응의 부산물로 발견되었지만 그 화학적 조성은 알려져 있지 않습니다. 1930년대가 되어서야 화학 성분이 B로 결정되었습니다.₄C. 이 물질의 정확한 4:1 화학양론적 비율은 여전히 ​​논란의 여지가 있습니다. 자연계에서 이 공식에는 여전히 탄소가 약간 부족하며, X선 결정학에서는 CBC 사슬과 B가 혼합된 매우 복잡한 구조를 보여줍니다.₁₂팔면체.

이러한 특성은 정확한 B와 일치하지 않습니다.₄ C 실험식. "이상적인" 탄화붕소의 화학식은 때때로 B로 표기됩니다.₁₂씨_삼, 탄화붕소의 탄소 결핍은 B의 조합으로 정의됩니다.₁₂씨_삼그리고 B₁₂B로 인한 CBC 단위₁₂구조 단위.