बोरॉन आणि नायट्रोजन एकत्र येऊन तयार होणारे बोरॉन नायट्राइड (Boron Nitride) हे एक द्विमितीय रासायनिक संयुग आहे. त्याची जाडी ७० ते १५० नॅनोमीटरच्या दरम्यान असते. मात्र गरजेनुसार ०.५ ते १.५ मायक्रॉन आकाराचे बोरॉन नायट्राइड कण देखील तयार करता येतात. या पदार्थाचे रासायनिक सूत्र BN असे आहे. तिबेट येथे २००९ मध्ये क्रोमियमचे प्रमाण जास्त असलेल्या दगडांमध्ये नैसर्गिक स्थितीतील बोरॉन नायट्राइड विखुरलेल्या अवस्थेत आढळले होते. या अवस्थेत त्याला ‘कॅनाबायनॉल-सीबीएन’ (Cannabinol- CBN) असे सामान्यत: संबोधतात.
प्रयोगशाळेमध्ये विविध पद्धतीने बोरॉन नायट्राइड तयार करण्यात येते. त्याचे अब्जांश कण असलेले विविध आकारातील तुकडे (Sheets) देखील प्रयोगशाळेमध्ये तयार करता येतात. त्यांची जाडी ५ ते ११ नॅनोमीटरच्या दरम्यान असते. त्यासाठी शुद्ध बोरॉनची भुकटी वापरली जाते. भुकटीतील कणांचे आकारमान १ ते २ मायक्रॉन इतके असते. बोरॉन नायट्राइड तयार करण्यासाठी बोरॉनची भुकटी आणि अमोनिया वायू तापवून प्रक्रिया घडवण्यात येते. या पद्धतीमध्ये रासायनिक बाष्पीभवन आणि एकत्रीकरण (Chemical vaporization and deposition) असे दोन प्रमुख टप्पे असतात. तयार झालेला पदार्थ हा बहुतांशी षट्कोनी (Hexagonal) आकाराचा बोरॉन नायट्राइड (h-BN) असतो. नायट्रोजनच्या सान्निध्यात बोरिक अनहायड्रॉइड (B2O3) किंवा बोरिक आम्ल (H3BO3) आणि अमोनिया (NH3) किंवा युरिया [CO(NH2)2] यांची रासायनिक विक्रिया होऊन बोरॉन नायट्राइड (BN) तयार केले जाते. औद्योगिक क्षेत्रात बोरॉन नायट्राइडचे उत्पादन कांबी, तबकडी, सळई अशा वेगवेगळ्या आकारात करतात.
गुणधर्म : बोरॉन नायट्राइड हे अत्यंत वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म असलेले संयुग आहे. या संयुगावर उष्णता, तीव्र आम्लता, विविध रसायने किंवा हवेचा दाब या घटकांचा परिणाम होत नाही. यातून वीजचे वहन होत नाही. मात्र ते उत्तम उष्णतावाहक आहे. ते उच्च तापमानात आकुंचन किंवा प्रसरण पावत नाही. इंग्रजीत अशा पदार्थांना ‘रिफ्रॅक्टरी मटेरियल्स’ (Refractory Materials) असे म्हणतात. बोरॉन नायट्राइड हे उत्तम रसायनरोधक असल्याने त्यावर अन्य रसायनांच्या प्रक्रिया होत नाहीत. त्यामुळे त्याचे विघटनदेखील होत नाही. त्याच्या अनेक संरचना स्फटिकरूपात आढळतात. संरचनेच्या प्रकारानुसार त्यांचे गुणधर्म वेगवेगळे असतात. त्याची संयुगे उष्णतारोधक असतात. हेक्झॅगोनल बोरॉन नायट्राइड किंवा एच-बीएन (h-BN) याची संरचना ग्रॅफिन या द्विमितीय पदार्थासारखीच असते. बोरॉन नायट्राइडचे स्फटिकरूपात असणारे एक संयुग रासायनिकदृष्ट्या अत्यंत स्थिर आहे. कठीणपणात त्याचा हिऱ्यानंतर क्रमांक लागतो. त्याचे प्रमुख कारण यामधील अणूंची संरचना हिऱ्यासारखी आहे. उच्च तापमानात एच-बीएनवरील दाब वाढवला की, क्युबिक बोरॉन नायट्राइड (सी-बीएन, c-BN) तयार होते. विशेष म्हणजे त्याने हिऱ्यावर देखील ओरखडा काढता येतो. या पदार्थाचा विलयबिंदू (Melting point) २,९७३० से. इतका उच्च आहे. या स्फटिकरूपाला स्फॅलेराइट संरचना (Sphalerite structure) असे म्हणतात. हिऱ्यावर उष्णतेचा आणि काही रसायनांचा परिणाम होतो. तथापि सी-बीएन यावर उष्णतेचा किंवा रसायनांचा परिणाम नगण्य असतो. त्यामुळेच जी उपकरणे उच्च तापमानात वापरायची असतात तेथे सी-बीएन वापरता येते.
अब्जांश तंत्रज्ञान क्षेत्रात सी-बीएन अत्यंत उपयुक्त आहे. या पदार्थाची गुंडाळी करून अब्जांश नलिका (Nanotubes) तयार करता येतात. अशा अब्जांश नलिकांचे गुणधर्म वैशिष्ट्यपूर्ण असल्याने त्यांचे अनेक उपयोग आहेत.
उपयोग : एच-बीएन हे ग्रॅफिनप्रमाणे अत्यंत मऊ असून ते उच्च तापमानात (५०००—८५०० से.) स्थिर राहते. उच्च तापमानात ज्या यंत्रांमध्ये घन स्वरूपातील वंगणाची गरज असते तेथे बोरॉन नायट्राइड वापरता येते. याचा समावेश जेव्हा रबर, राळ किंवा प्लॅस्टिक यांमध्ये करतात तेव्हा त्याचे वैशिष्ट्यपूर्ण गुणधर्म खूपच उपयोगी पडतात. ग्रीस इत्यादींसारख्या वंगणात एच-बीएन मिसळल्यास वंगणाचा दर्जा व कार्यक्षमता यांत चांगलीच वाढ होते. घनस्वरूपातील हे वंगण बंदुकीच्या गोळीसाठी उपयुक्त आहे. धातुशास्त्र, इलेक्ट्रॉनिक्स आणि इतर अनेक क्षेत्रांत याचे अनेक उपयोग आहेत. रडार यंत्रणेतील आकाशगामध्ये (Antenna) बोरॉन नायट्राइडचा उपयोग करतात. तसेच मूस (Crucible) किंवा अन्य एखाद्या विशिष्ट प्रतिकृतींचे (Prototype) नमुने तयार करण्यासाठी बोरॉन नायट्राइड वापरले जाते. अर्धसंवाहक पदार्थ (Semiconductor materials) तयार करताना बोरॉन नायट्राइडचा उपयोग होतो. याला ‘बोरॉन डोपिंग सिलिकॉन वेफर’ असे नाव आहे. सूक्ष्मतरंग नलिका (Microwave tubes) बनवताना बोरॉन नायट्राइड वापरण्यात येते. औद्योगिक क्षेत्रातील अनेक प्रकारच्या उपकरणांवर याचा लेप दिल्यावर त्यांची कार्यक्षमता अधिक सुधारते. नकली दात बनवण्यासाठी तसेच सौंदर्यप्रसाधनांमध्ये एक घटक म्हणून बोरॉन नायट्राइडचा समावेश केला जातो. अणुऊर्जा निर्मितीत अणुभट्टीमध्ये न्यूट्रॉन कण शोषून घेण्यासाठीच्या यंत्रणेत बोरॉन नायट्राइडचा वापर करतात. इंधन घटामध्ये (Fuel cell) त्याचा वापर मोठ्या प्रमाणावर होतो. पाण्याचे विद्युत्-विच्छेदन (Electrolysis) करण्याकरिता देखील याचा वापर होतो.
थोडक्यात, बोरॉन नायट्राइड हा अब्जांश पदार्थ बहुगुणी असल्याने विविध क्षेत्रांत त्यचा वापर मोठ्या प्रमाणात केला जातो.
संदर्भ :
- CeoFani, G.; Mattoli, V., Boron nitride nanotubes in nano-medicine, Oxford : William Andrew, 2016.
- Goldberg, D.; Bando, Y.; Tang, C. C.; Zhi, C. Y., Boron Nitride Nanotubes, Advanced Materials, 19 (18) : 2413, 2007.
- Haynes, William M. Ed., CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, page 5-6, 2011.
समीक्षक : वसंत वाघ
