Bor nitrür, bor ve azot elementlerinin oluşturduğu, kimyasal formülü BN olan, kimyasal metodlarla üretilen bir bileşiktir. Bor nitrür, taşıdığı yüksek ısıl şok direnci, ısıl iletkenlik, elektriksel yalıtkanlık, kimyasal kararlılık ve yağlayıcılık gibi üstün özelliklere sahip sentetik bir malzemedir.
Bor nitrürün iki ayrı kristal formu kullanılmaktadır. Bunlar hegzagonal ve kübik bor nitrürlerdir.
Hegzagonal bor Nitrür; yüksek sıcaklıklarda refrakter özelliği, yüksek termal şok direnci, yüksek ısı iletkenliği, elektriksel yalıtkanlık, kimyasal kararlılık, yağlayıcılık ve kolay işlenebilirlik gibi üstün özelliklere sahip bir malzemedir. Bu özellikleri nedeniyle, metalürjide yüksek sıcaklığa dayanım gerektiren uygulamalarda, yağlayıcı olarak yüksek sıcaklık kalıplarında, yalıtkan malzeme olarak elektrik-elektronik endüstrisinde kullanılır.
Kübik bor nitrür, elmastan sonra bilinen en sert malzemedir. Bu özelliği nedeniyle sert malzemelerin kesilmesi ve işlenmesinde, ayrıca yüksek ısı iletkenliği nedeniyle yüksek sıcaklıkta kesme ve aşındırma işlemlerinde kullanılmaktadır.
Grafite yapı bakımından en yakın madde hegzagonal bor nitrürdür. Bu yapıyı tanımlarsak, grafen düzleminde hegzagonların tepe noktasında birbirini izleyen atomlar bor ve azottur. Karbon nanotüplerin sentezinde kullanılan yöntemler uyarlanarak bor nitrür nanotüplerin sentezi mümkün olabilir. Bu nanotüpler, karbon nanotüplerle aynı yapıdadır, karbon nanotüplerin uçları haricinde. Aslında, N-N veya B-B bağlarının oluşumuna sebep olan bor nitrürün hegzagonal örgüsü içine beşgenin yerleştirilmesi enerjik olarak elverişsizdir. Bu zorluk, beşgenler yerine kareler yerleştirilmesiyle açıklanır. Bir nanotübün her bir ucu, üç kare yerleştirilerek kapatılır. Enerji bakımından en elverişli konfigürasyon, tüp eksenlerine dik bir yüz düzleminde tanımlanan üçgenin tepe noktasında kareler dağıldığında elde edilir. Bor nitrür nanotüpler böylece uçları aşırı basıktır, bu da karakteristik olarak karbon nanotüplerden ayıran bir özelliktir. Son olarak, bor nitrür nanotüpler tek duvarlı nanotüplerin sarılması veya sentez sırasında çok duvarlı yapıların eklenmesiyle düzenli bir yapı oluştururlar (self-assemble).
Karbon nanotüpler, plastik ve epoksi reçinesi gibi hafif polimerlerle birleşince beton içindeki nervürlü inşaat demiri gibi davranmakta ve oluşan malzemelere yüksek dayanım katmaktadır. Bu malzemeler uçaklar, arabalar ve uzay araçları gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Fakat karbon nanotüplerin, kullanılan polimerlerle arasındaki bağ zayıf olmaktadır. Bu zayıflık da malzemenin özellilerini kötü yönde etkilemektedir. New York State Üniversitesi, makine mühendisliği profesörü Changhong Ke, karbon nitrür nanotüpler yerine bor nitrür nanotüpler denemiş ve olumlu sonuçlar almıştır. Bor nitrür nanotüplerin dayanıklılığı, karbon nanotüplerle neredeyse aynıdır fakat bor nitrür nanotüplerin asıl avantajı, kullanılan polimerlerle daha iyi bağ kurduğu için malzeme kalitesi daha iyi olmaktadır ve malzeme bütün olarak daha dayanıklı hale gelmektedir. Yapılan testler sonucunda da bor nitrür nanotüpler ve epoksi kullanılarak üretilen malzeme, karbon nanotüpler ve epoksi kullanılarak üretilen malzemeye oranla % 20 daha dayanıklı çıkmıştır. Ayrıca yine testler sonucunda, bor nitrür ve polimetil metakrilat (PMMA) ile üretilen malzeme, karbon nanotüpler ve PMMA ile üretilen malzemeye oranla % 35 daha dayanıklı çıkmıştır. Ayrıca yapılan testler sonucu bor nitrür nanotüplerle üretilen malzemeler karbon nanotüplerle üretilen malzemelere oranla yüksek sıcaklıklarda daha dengeli kalmakta ve radyasyonu daha iyi absorbe etmektedir. Oluşan bu fiziksel farklar ise şu şekilde açıklanmaktadır: Her bir karbon atomunda son yörüngedeki elektron sayıları eşittir ve bu da atomların kullanılan polimerle atomların eşit paylaşılması anlamına gelmektedir. Fakat bor nitrür bileşiğinde, nitrojen atomları, bor atomlarına göre daha fazla proton içermektedir. Bu da bağ yapılarında daha fazla elektron olmasına neden olmaktadır. Bu düzensin bağ yapılanması, bor nitrür ile polimer arasında daha aktif bağ yapıları oluşturmakta ve daha güçlü bağlar oluşumu sağlamaktadır.
Tekstilde, bor nitrür nanotüp katkısıyla bor esaslı nanokompozit yapıda kendi kendine temizleme (self-cleaning), antimikrobiyallik (antibakteriyel, antiviral ve antifungal), güç tutuşurluk ve UV koruma performansı gibi multifonksiyonel özelliklere sahip ve böylece yıkamaya ve dış etkenlere dayanıklılık sergileyen nanokompozit katkılı lifler elde edilmektedir.
0 yorum:
Yorum Gönder