نیترید بور

ساختار

نیترید بور به شکل های مختلفی وجود دارد که تفاوت آنها در نحوه آرایش اتم های بور و نیتروژن است.

ساختار آمورف (a-BN)

ساختار آمورف نیترید بور (a-BN) بلوری نیست، زیرا هیچ نظمی در فاصله طولانی در آرایش اتم های آن وجود ندارد. این شکل  مشابه با کربن آمورف است. 
بقیه‌ی ساختار های نیترید بور کریستالی هستند.

ساختار هگزاگونال(h-BN)

پایدار ترین ساختار بلوری ساختار هگزاگونال است که با نام‌های h-BN، g-BN، α-BN و نیترید بور گرافیتی شناخته میشود. نیترید بور هگزاگونال ساختار لایه‌ای مشابه با گرافیت دارد. در داخل هر لایه، اتم‌های بور و نیتروژن با پیوند کوالانسی که بسیار قدرتمند است به هم متصل شده اند، درحالی که لایه‌ها به وسیله‌ی نیروی واندروالسی ضعیفی روی هم نگاه داشته شده اند. رجیستری بین‌لایه‌ای این صفحات متفاوت است اما بر اساس الگوی دیده شده برای گرافیت اتم‌ها با اتم های بور که روی اتم‌های نیتروژن قرارگرفته اند، گیر افتاده اند. این رجیستری نشان دهنده‌ی قطبیت پیوندهای B-N است. با این حال هنوز h-BN و گرافیت خیلی به هم نزدیک هستند و حتی ترکیب 
 در جاهایی که کربن جانشین تعدادی از اتم های بور و نیتروژن شده به وجود آمده.

ساختار مکعبی(c-BN)

نیترید بور مکعبی ساختار بلوری شبیه به الماس دارد. همانطور که الماس از گرافیت ناپایدارتر است، ساختار مکعبی  هم از ساختار هگزاگونال آن ناپایدارتر است، اما نرخ تبدیل آن مانند الماس در دمای اتاق قابل چشم‌پوشی است. شکل مکعبی مثل الماس ساختار بلوری اسفالریت دارد، همچنین به آن c-BN یا  β-BN گفته میشود.

نانولوله های نیترید بور

نیترید بور به دلیل مقاومت و پایداری حرارتی بالایی که دارد، توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. نانولوله‌های نیترید بور بر خلاف نانولوله‌های کربنی، عایق حرارت هستند؛ بنابراین پایداری شیمیایی و حرارتی بیشتری نسبت به عموزاده‌های کربنی خود دارند. همچنین در برابر تابش نوترون مقاومت قابل‌توجهی دارند. 
در سال ۲۰۱۵ یک گروه تحقیقاتی از دانشگاه ایالتی نیویورک نشان دادند که نانولوله‌های نیترید بور میتوانند استحکاماتی نظیر نانولوله‌های کربنی داشته باشند. زمانی که نانولوله‌های نیترید‌ بور با یک پلیمر ترکیب شوند، از نظر استحکام از نانولوله‌های کربنی پیش‌ می‌افتند. دلیل این امر، وجود دو عنصر مختلف در ساختار نیترید بور است که موجب توزیع غیر‌یکنواخت بار میشود. با توجه به برایند مثبت بارها در ساختار نیترید بور، برهم‌کنش میان نانولوله و پلیمر تقویت میشود. از دیگر مزیت‌های نیترید بور، خاصیت پیزوالکتریک(اثر فشاربرقی) آن است. در سال ۲۰۱۷ محققان دانشگاه رایس موفق به ساخت فوم نیترید بور شدند که قادر به جذب کربن دی‌اکسید است. جذب مستقیم دی‌اکسید کربن از اتمسفر، یکی از راهکار‌های مقابله با گرم شدن زمین است که برای چنین کاری باید مواد جاذب کربن دی‌اکسید تولید کرد؛ نیترید بور گزینه‌ی بسیار جالبی است. شبیه‌سازی‌های انجام شده نشان میدهد که این ماده میتواند ۳۴۰ برابر وزن خود دی‌اکسید کربن جذب کند. نیترید بور به گونه‌ای طراحی شده که حفره‌های آن قابل کنترل بوده و میتوان با استفاده از آن، انواع مختلف گازها را جذب کرد. این ماده با استفاده از روش خشک کردن سرمایشی قابل تهیه است.
در حال حاضر هزینه‌ی بالا یکی از مهم‌ترین مشکلات در مسیر نیترید بور است. قیمت این ماده ۱۰۰۰ دلار در هر گرم است، درحالی که نانولوله‌های کربنی را با ۱۰ تا ۲۰ دلار در هر گرم میتوان تهیه کرد. به نظر میرسد قیمت نانولوله‌های نیترید بور در آینده‌ای نزدیک کاهش یابد و به دلیل خواص منحصر به فرد این ماده، استفاده از آن در حوزه‌های مختلف افزایش یابد.
نتایج این پروژه در نشریه‌ی Applied Physicd letters به چاپ رسیده است.

مواد ذخیره‌سازی هیدروژن

در مقایسه با نانولوله‌های کربنی، نانولوله‌های نیترید بور دارای خواص فیزیکی و مکانیکی عالی و پایداری شیمیایی بالاتری هستند و برای برنامه‌های ذخیره‌سازی هیدروژن مناسب‌تر اند. مطالعات مربوطه نشان میدهد که ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن نانولوله‌های نیترید بور به تدریج با افزایش فشار ۰ تا ۱۰MPa در دمای اتاق افزایش می‌یابد. ظرفیت ذخایر هیدروژنی نانولوله‌های نیترید بور بین ۱.۸ تا ۲.۶ درصد وزنی است که می‌تواند به عنوان مواد ذخیره‌سازی هیدروژنی استفاده شود.

مواد بیولوژیکی

نانولوله‌های نیترید بور نیز می‌توانند با مواد بیولوژیکی ترکیب شوند و در زمینه‌‌ی بیولوژیکی کاربرد داشته باشند. یافته‌ها نشان داده که نانولوله‌های نیترید بور اصلاح شده با پلی‌وینیلیمید اثر کمی بر متابولیسم سلول‌های انسانی داشتند و نانولوله‌های اصلاح شده با پلیلیسین سازگاری خوبی با فیبرو‌بلاست‌ها دارند. علاوه‌بر این، اصلاح نانولوله‌های نیترید بور با جلبک‌های فعال بیولوژیکی باعث اتصال نانولوله‌های پروگزیمال با پروتئین‌ها یا سلول‌ها می‌شود.

در مهندسی پزشکی

۱. درمان سرطان : درمان با گیراندازی نوترون بور مشهور به BNCT، نوعی پرتودرمانی است که در آن از ایزوتوپ بور و نیز پرتوهای نوترون استفاده میگردد. خواص فیزیکی بور استفاده از این عنصر را در BNCT امکان پذیر میکند. ایزوتوپ بور زمانی که در معرض پرتوهای نوترونی قرار گیرد، از هم شکافته شده و به اتم لیتیم، هلیم و انرژی پرتوهای گاما تبدیل میشود.
 ۲. داربست های ارتوپدی : پلیمر پلی لاکتید-پلیکا‌پرولاکتون(PLC) که در تولید داربست‌های ارتوپدی برای درمان بیماری‌های استخوان استفاده میشود را میتوان با نانولوله‌های نیترید بور تقویت کرد. دیده شده که پلیمرهای تقویت شده ضریب الاستیسیته و مقاومت کششی بیشتری نسبت به پلیمر بدون نانولوله‌ی نیترید بور دارند.
 ۳. حسگرهای زیستی از نانو لوله‌ی نیترید بور : کانال‌های یونی بیولوژیکی موجود در غشای سلول، نسبت به ورود بعضی گونه‌های یونی گزینش‌پذیری دارند و بسیاری از عملکرد‌های سلول را کنترل می‌کنند. شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نشان میدهد که نانولوله‌های با قطر ۵-۴ آنگستروم که درون غشایی از جنس سیلیکون نیترید جاسازی شده اند نسبت به نفوظ کاتیون‌ها و آنیون‌ها گزینش‌پذیری دارند و می‌توانند عملکرد کانال‌های یونی بیولوژیکی را تقلید کنند.