亜酸化ホウ素

亜酸化ホウ素

名前
IUPAC名 亜酸化ホウ素
その他の名前 六酸化ホウ素
識別子
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像
InChI InChI=1S/6B.O キー: ULGXBKYAAIALFZ-UHFFFAOYSA-N
笑顔 [B].[B].[B].[B].[B].[B].[O]
プロパティ
化学式	B 6 O
モル質量	80.865グラム/モル
外観	赤みがかった二十面体双晶
密度	2.56 g/cm3 [ 1]
融点	2,000 °C (3,630 °F; 2,270 K) [2]
構造
結晶構造	菱面体、hR42
空間群	R 3、第166号[3]
格子定数	a  = 0.53824 nm、b  = 0.53824 nm、c  = 1.2322 nm α＝90°、β＝90°、γ＝120°
数式単位( Z )	6
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 はい 確認する （何ですか  ？） はいいいえ インフォボックス参照

亜酸化ホウ素（化学式 B _{6 O）は、}菱面体単位格子の頂点に8 つの二十面体がある構造を持つ固体化合物です。各二十面体は 12 個のホウ素原子で構成されています。2 つの酸素原子は、[111] 菱面体方向に沿った隙間に位置しています。原子間結合距離が短く、共有結合性が強いため、B _{6 O は、硬度が高い（}二ホウ化レニウムや窒化ホウ素に近い）、質量密度が低い、熱伝導率が高い、化学的に不活性である、耐摩耗性に優れているなど、さまざまな優れた物理的および化学的特性を示します。^[4]

B _{6 O は、} B ₂ O ₃をホウ素で還元するか、ホウ素を酸化亜鉛または他の酸化剤で酸化することによって合成できます。^[1]常圧またはそれに近い圧力で生成されるこれらのホウ素亜酸化物材料は、一般に酸素が不足し、非化学量論的であり(B ₆ O _x、x < 0.9)、結晶性が低く、粒径が非常に小さい (5 μm 未満) です。B _{6 O の合成中に加えられる高圧により、生成物の結晶性、酸素化学量論性、および結晶サイズが大幅に増加する可能性があります。報告されている B 6} O 合成法では、通常、ホウ素とB ₂ O ₃粉末の混合物が出発物質として使用されていました。^[4]

酸素不足の亜酸化ホウ素（B ₆ O _x、x<0.9）は、単結晶でも準結晶でもなく、 20個の四面体結晶の双晶群である二十面体粒子を形成する可能性がある。^{[2] [5] [6]}

α-菱面体ホウ素型のB ₆ O は、そのセラミック特性（硬度、高融点、化学的安定性、低密度）から、新しい構造材料として研究されてきました。これに加えて、これらのホウ化物は、通常の原子価理論では簡単にはアクセスできない独特の結合を持っています。X線発光分光法では、B ₆ Oの酸素サイトのパラメータ範囲が示されましたが、B ₆ O 粉末の X 線回折プロファイルのリートベルト解析が初めて成功するまで、正確な酸素位置は疑問のままでした。これは予備調査ではありましたが。^[1]

B ₆ O は 3 つの方法で製造できます。

1. BとB ₂ O ₃の固体反応、
2. B ₂ O ₃の還元 と
3. Bの酸化。高温でのB ₂ O ₃の蒸気圧が高いため、 BとB ₂ O ₃間の固体反応の過程でB過剰組成が発生します。

B ₂ O ₃の還元では、還元剤としてSiやMgなどが使用されるが、これらに限定されるものではなく、プロセス中に不純物としてB ₆ Oに残る。一方、 Bの酸化プロセスでは、 ZnOなどの酸化剤がプロセス中にB ₆ Oを汚染する。 ^[7]

B ₆ Oは強い共有結合性を持ち、1,973 Kを超える温度で合成しやすい。^[7]また、ホウ素亜酸化物は、低密度で高硬度、高い機械的強度、高温までの耐酸化性、高い化学的不活性など、幅広い優れた特性を示すことが報告されている。^{[9]ホウ素亜酸化物（B} ₆ O）の構造特性に関する 予備的な第一原理ab initio密度汎関数計算によると、B ₆ Oの結合強度は、構造内に高電気陰性度の格子間原子が存在することで高まる可能性がある。計算では共有結合が短くなることが確認されており、これが弾性定数と硬度値の向上に寄与すると考えられている。^[9]

近年、高速切削工具、研磨材、その他の高摩耗用途向けの摩耗低減コーティングとしてのB ₆ O の潜在的用途が大きな関心を集めています。しかし、集中的な研究努力にもかかわらず、商業的用途はまだ実現されていません。これは、ホットプレスされた材料の破壊靭性が低いことと、良好な結晶性を持つ化学量論的B ₆ O 材料を緻密化することに関連するかなりの実用上の課題が一因です。さらに、この材料の多くの機械的特性は最近までほとんど理解されていませんでした。

亜酸化ホウ素も防弾チョッキの素材として有望ですが^[10]、試験はまだ初期段階にあり、2023年11月時点では商業展開はされていません。これは、B ₂ O ₃とBの反応による高品質のB ₆ O粉末の合成に費用がかかり、さらに標準的な工業用焼結およびホットプレス技術によるB _{6 O部品の緻密化が困難であることが原因であると思われます。} ^[11]

• 亜酸化物
• 三酸化ホウ素
• 一酸化ホウ素
• ヘテロダイヤモンド
• ベータ炭窒化物