Il nitruro di boro è un composto refrattario termicamente e chimicamente costituito da boro e azoto con formula chimica BN . Esiste in varie forme cristalline che sono isoelettroniche a un reticolo di carbonio strutturato in modo simile Essendo isoelettronico rispetto alle forme elementari del carbonio esiste in diverse forme cristalline analoghe a quelle che presenta il carbonio.
Struttura
Si presenta in forma esagonale analoga alla grafite
nella forma cubica analoga al diamante usato per lavorazioni di finitura degli acciai temprati
e in una forma di wurtzite analoga alla lonsdaleite
Sintesi del nitruro di boro
Il nitruro di boro ha formula BN e fu sintetizzato in laboratorio all’inizio del XVIII secolo ma è stata utilizzato solo intorno al 1940.
Il nitruro di boro esagonale può essere ottenuto a partire da triossido di boro o acido borico e ammoniaca in atmosfera di azoto alla temperatura di 900°C secondo la reazione:
B2O3 + 2 NH3 → 2 BN + 3 H2O
H3BO3 + NH3 → 2 BN + 3 H2O
Le due forme più utilizzate di nitruro di boro sono i suoi equivalenti di grafite e diamante. Proprio come diamanti sintetici che sono ottenuti dalla grafite, il nitruro di boro cubico è prodotto nella tipica versione esagonale, applicando temperatura e pressione elevatissime.
Il risultato è l’ottenimento di cristalli che hanno durezza simile al quella del diamante. Essi hanno caratteristiche superiori alle forme analoghe del carbonio. Il nitruro di boro è forse uno dei rari esempi di come un prodotto di sintesi possa avere caratteristiche superiori a quelle di composti naturali ad esso analoghi.
Effetto di Petch-Hall
Le strutture cristalline del nitruro di boro sono soggette all’effetto di Petch-Hall noto anche come effetto di rafforzamento. Esso è un metodo per rafforzare i materiali cambiando il diametro medio del grano cristallino. Nella forma cubica presenta durezza superiore a quella del diamante sintetico, ma rispetto a quest’ultimo mostra maggiore inerzia chimica e maggiore resistenza al calore.
Usi
Nella forma esagonale è usato come lubrificante e additivo nei prodotti cosmetici fornendo una consistenza liscia e setosa alle formulazioni cosmetiche Può agire come un agente opacizzante, riducendo la lucentezza e l’oleosità della pelle.
Inoltre, il nitruro di boro ha un’eccellente conduttività termica, che lo rende utile nei cosmetici resistenti al calore. A differenza della grafite è un buon conduttore e ciò lo rende idoneo per molte altre applicazioni come nel campo dell’elettronica in cui è utilizzato come substrato di semiconduttori.
Sotto forma di wurtzite, struttura cristallina distorta tipica del solfuro di cadmio e dell’ossido di zinco, è utilizzato come superabrasivo.
Un’altra analogia con il carbonio è riscontrabile nella capacità, da parte del nitruro di boro, di dar luogo alla formazione di nanotubi che, rispetto a quelli del carbonio sono isolanti, meno reattivi e più resistenti alla rottura ad alte temperature e potrebbero quindi essere impiegati dall’industria aerospaziale per la costruzione di pannelli.
Inoltre l’utilizzo dell’isotopo 10B che è in grado di assorbire le radiazioni rende il composto capace di costituire uno schermo alle radiazioni ed essere usato nelle missioni interplanetarie.
Nella sua forma bidimensionale il nitruro di boro esagonale è denominato grafene bianco. Tuttavia rispetto al grafene presenta la caratteristica di essere un isolante e può rimpiazzare l’ossido di silicio nei nano transistor.
In un mondo dominato dal carbonio sul quale si sono concentrati gli studi di molti scienziati tra cui, non ultimi i fisici russi Geim e Novoselov che hanno ottenuto il Premio Nobel nel 2010 per la scoperta del grafene, il nitruro di boro appare come una valida alternativa tenendo conto delle sue potenzialità e delle sue prestazioni che in alcuni casi sembrano essere diverse se non migliori degli analoghi del carbonio.