二ホウ化レニウム
二ホウ化レニウム
名前
IUPAC名
二ホウ化レニウム
識別子
  • 12355-99-6 チェックはい
3Dモデル（JSmol）
  • インタラクティブ画像
ケムスパイダー
  • 32817250
EC番号
  • 234-959-3
  • 57418167
  • InChI=1S/2B.Re
    キー: OLXPHXSOQYDZNT-UHFFFAOYSA-N
  • B#[レ]#B
プロパティ
レブ2
モル質量 207.83 g/モル
外観 黒色火薬
密度 12.7 g/cm 3
融点 2,400℃（4,350°F; 2,670 K）[1]
なし
構造
六方晶系、空間群 P6 3 /mmc。
危険
GHSラベル：
GHS07: 感嘆符[2]
警告[2]
H315、H319、H335 [2]
P261、P280、P304+P340、P305+P351+P338、P405、P501 [2]
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。
チェックはい 検証する （何ですか  ？） チェックはい☒北
化合物

二ホウ化レニウム（ReB 2 ）は、 1962年に初めて作られた合成高硬度材料です。[3] [4]この化合物は、高圧耐性で知られるレニウムと、レニウムと短く強力な共有結合を形成するホウ素の混合物から形成されます。近年、ダイヤモンドに匹敵する硬度を持つ材料の発見への期待から、再び注目を集めています。[5]

c-BNなどの他の高硬度合成材料とは異なり、二ホウ化レニウムは常圧で製造できるため[4]、大量生産を簡素化できる可能性がある。しかし、レニウムの高コストと、多結晶 c-BNなどの代替材料の市販化が困難であることから、大規模応用への期待は低い。[4]

合成

二ホウ化レニウム、ReB 2

ReB2は、標準大気圧下では、固体メタセシス、電気アーク溶融、元素の直接加熱という少なくとも3つの異なる方法で製造できます。[5]

メタセシス反応では、三塩化レニウムと二ホウ化マグネシウムを混合し、不活性雰囲気下で加熱することで、副産物である塩化マグネシウムを洗い流します。Re 7 B 3やRe 3 B などの他の相の生成を防ぐため、過剰量のホウ素が必要となります。

アーク溶解法では、レニウムとホウ素の粉末を混合し、不活性雰囲気中で混合物に大きな電流を流します。

直接反応法では、レニウムとホウ素の混合物を真空中で密封し、長期間（1,000 °C、5 日間）高温に保持します。

少なくとも最後の 2 つの方法は、X 線結晶構造解析によって確認されているように、他の相を含まない純粋な ReB 2を生成できます。

硬度

二ホウ化レニウムは、その高い硬度ゆえに、時折議論を呼ぶ形で[4] [6]「超硬質材料」として言及されることがある。しかし、硬質材料および超硬質材料に推奨される漸近硬度領域で試験すると[4] 、二ホウ化レニウムのビッカース硬度は4.9Nでわずか30.1±1.3GPaであり、「超硬質」と分類するために一般的に受け入れられている閾値である40GPa以上を大きく下回る。[4]別の研究では、完全密度ReB 2のHvは2.94Nの荷重下で約22GPaと推定されており[6] 、これは炭化タングステン、炭化ケイ素、二ホウ化チタン、または二ホウ化ジルコニウムのHvに匹敵する。[6]

40 GPaを超える値は、非常に低い荷重での試験でのみ観測されており、このタイプの固体には適切な試験方法ではありません。[4]ある試験では、0.49 Nという最低荷重で平均硬度48 ± 5.6 GPa、最大硬度55.5 GPaが得られました。これは、同等の荷重下での立方晶窒化ホウ素（c-BN）の硬度に匹敵します。 [5]このような荷重と硬度の間に逆相関関係がある現象は、圧痕サイズ効果として知られています。[5]

近年、ReB 2の硬度やその他の特性を改善するための研究が盛んに行われている。ある研究では、ReB 2 (R-3m)多形の硬度は41.7 GPaと推定され、ReB 2 (P6 3 /mmc) の場合は約40.6 GPaとされている。[7]別の研究では、放電プラズマ焼結法によって、完全に緻密なB 4 C - 27 wt.% ReB 2セラミック複合ナノ粉末が製造された。この粉末は、漸近硬度領域において49 Nの荷重下で50 ± 3 GPaの微小硬度を示し、密度は3.2 g/cm 3で、c-BNの硬度と密度に匹敵する。[8]

ReB 2の硬度は、その六方層構造のため、c軸に沿って最も異方性が大きい。ReB 2の硬度が高い理由は、価電子の密度が高く、短い共有結合が豊富なことという 2 つの要因による。[5] [9]レニウムは、遷移金属の中で最も高い価電子密度を持つ金属の 1 つである (476 電子/nm 3 、オスミウムの572 電子/nm 3 、ダイヤモンドの705 電子/nm 3 [10]と比較)。ホウ素の添加には、レニウム格子を 5% 拡張するだけで済む。これは、小さなホウ素原子がレニウム原子間の既存の空間を埋めるためである。さらに、レニウムとホウ素の電気陰性度は十分近い (ポーリング スケールで 1.9 と 2.04 ) ため、電子がほぼ均等に共有される共有結合を形成できる。

参照

参考文献

  1. ^ Gaidar', LM; Zhilkin, VZ (1968). 「金属粉末からのストリップ圧延における前方滑り」.ソビエト粉末冶金および金属セラミックス. 7 (4): 258. doi :10.1007/BF00775787. S2CID  135565681.
  2. ^ abcd 「二ホウ化レニウム」。American Elements . 2018年8月2日閲覧。
  3. ^ La Placa, SJ; Post, B. (1962). 「二ホウ化レニウムの結晶構造」. Acta Crystallographica . 15 (2): 97. Bibcode :1962AcCry..15...97L. doi : 10.1107/S0365110X62000298 .
  4. ^ abcdefg Dubrovinskaia, Natalia; Dubrovinsky, Leonid; Solozhenko, Vladimir L. (2007-12-07). 「常圧下での超非圧縮性超硬質二ホウ化レニウムの合成」に関するコメント. Science . 318 (5856): 1550. Bibcode :2007Sci...318.1550D. doi :10.1126/science.11​​47650. ISSN  0036-8075. OCLC  264200699. PMID  18063772. S2CID  1640087. 2024年1月27日閲覧.
  5. ^ abcde Chung, Hsiu-Ying; et al. (2007年4月20日). 「常圧下での超非圧縮性超硬質二ホウ化レニウムの合成」 . Science . 316 (5823): 436–9 . Bibcode :2007Sci...316..436C. doi :10.1126/science.11​​39322. PMID  17446399. S2CID  10395879.
  6. ^ abc 秦、嘉乾;彼、ドゥアンウェイ。王、江華。ファング、ライミン。レイ、リー。リ・ヨンジュン。胡、フアン。コウ、ジリ。ビ、ヤン (2008)。 「二ホウ化レニウムは超硬材料ですか?」先端材料。20 (24): 4780。ビブコード:2008AdM....20.4780Q。土井：10.1002/adma.200801471。S2CID  98327405。
  7. ^ Maździarz, Marcin; Mościcki, Tomasz (2015-10-12). 「密度汎関数計算による安定ReB2多形体の構造、機械的、光学的、熱力学的、およびフォノン特性」 . Journal of Alloys and Compounds . 657 (2016-02-05発行): 878– 888. doi :10.1016/j.jallcom.2015.10.133. ISSN  0925-8388. OCLC  5937517569. S2CID  138931858. 2024-01-27閲覧.
  8. ^ Mnatsakanyan, R.; Davtyan, D.; Minasyan, T.; Aydinyan, S.; Hussainova, I. (2021-02-15). 「マイクロ波合成ナノ粉末のSPS法による超硬質B4C-ReB2複合材料」. Materials Letters . 285 129163. doi : 10.1016/j.matlet.2020.129163 . ISSN  0167-577X. OCLC  8885940810. S2CID  229404472.
  9. ^ W. Zhou; H. Wu & T. Yildirim (2007). 「超非圧縮性超硬質二ホウ化レニウムの電子的、動的、および熱的特性：第一原理および中性子散乱法による研究」. Phys. Rev. B. 76 ( 18): 184113– 184119. arXiv : 0708.3694 . Bibcode :2007PhRvB..76r4113Z. doi :10.1103/PhysRevB.76.184113. S2CID  16343415.
  10. ^ Cumberland, Robert W.; et al. (2005年4月27日). 「二ホウ化オスミウム、超非圧縮性硬質材料」. Journal of the American Chemical Society . 127 (20): 7264–5 . Bibcode :2005JAChS.127.7264C. doi :10.1021/ja043806y. PMID  15898746.
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