في الكيمياء هناك مركب يسمى باسم أكسيد البورون الفرعي ويمتلك الصيغة الكيميائية التالية (B6O)، وهو عبارة عن مركب صلب يمتلك بنية هيكلية مبنية من ثمانية عشري الوجوه عند قمم خلية الوحدة المعينية السطوح، إذ أنه يتكون كل عشروني الوجوه من اثنتي عشرة ذرة بورون.
تحت أكسيد البورون
توجد هناك ذرتين من الأكسجين في الفجوات على طول الاتجاه معيني الوجود، ونظرًا لأطوال الرابطة بين الذرات القصيرة والطابع التساهمي القوي، كما ويعرض مركب (B6O) مجموعة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية المتميزة مثل كلا من الصلابة الكبيرة وهي أيضا تكون قريبة من تلك الخاصة بمركب ثنائي بوريد الرينيوم ونتريد البورون، كما ويتميز مركب تحت أكسيد البورون بكثافة الكتلة المنخفضة، الموصلية الحرارية العالية بالإضافة إلى الخمول الكيميائي العالي، ومقاومة تآكل ممتازة.
- لقد تم تحديد هيكل مركب تحت أكسيد البورون (B6O) من خلال عملية تحليل ريتفيلد لبيانات حيود مسحوق الأشعة السينية، كما وقد تم تحضير مادة العينة من خلال أكسدة البورون غير المتبلور مع مركب أكسيد الزنك ذو الصيغة الكيميائية التالية: (ZnO) عند درجة حرارة مقدارها 1350 درجة مئوية في جو من الأرجون.
- أما بالنسبة للهيكل فإنه يمتلك مجموعة الفضاء ((R3̄m)، ahex. = 5.374 (2) Å ،chex. = 12.331 (3) Å)، والتي هي عبارة عن بنية بورون معينية السطوح α ‐ مع ذرتين من الأكسجين في الفجوات الكبيرة على طول المحور المعين، حيث أنه تكون ذرات الأكسجين قريبة من النقاط المركزية لمثلثات البورون التي تتكون من ثلاثة (B12) عشروني الوجوه، ويكون طول الرابطة (B ‐ O) هو 1.43 أنغستروم، وتبلغ المسافة بين الذرات بين ذرات الأكسجين 3.08 أنغستروم، مما يشير إلى وجود تفاعل ضئيل بين الاثنين.
- من الممكن أن يتم تصنيع مركب تحت أكسيد البورون من خلال عملية اختزال مركب (B2O3) بالبورون أو من خلال عملية أكسدة البورون مع أكسيد الزنك أو مؤكسدات أخرى، علما أنه تكون مواد أكسيد البورون التي تتكون عند الضغط المحيط أو بالقرب منه بشكل عام ناقصة للأكسجين وغير متكافئة (B6Ox x <0.9)، كما وأن لها تبلور ضعيف وحجم حبيبات صغير جدًا أي أنه أقل من 5 ميكرومتر.
- من الممكن أن يؤدي الضغط العالي المطبق أثناء تخليق مركب تحت أكسيد البورون إلى زيادة عملية التبلور بشكل كبير وقياس كائنات الأكسجين وحجم الكريستال للمنتجات، حيث أنه عادة ما يتم استخدام خليط من مساحيق البورون ومركب (B2O3) على شكل مواد أولية في الطرق المبلغ عنها من أجل عملية تخليق وتصنيع مركب تحت أكسيد البورون.
- لقد تمت دراسة مركب تحت أكسيد البورون من نوع البورون ألفا معيني السطوح نظرًا لطبيعته الخزفية من حيث الصلابة ونقطة الانصهار العالية، بالإضافة إلى الاستقرار الكيميائي والكثافة المنخفضة كمادة هيكلية جديدة، وبالإضافة إلى ذلك، فإنه تتمتع هذه البوريدات برباط فريد لا يمكن الوصول إليه بسهولة بواسطة نظرية التكافؤ المعتادة.
- على الرغم من أن طريقة التحليل الطيفي لانبعاثات الأشعة السينية أشارت إلى نطاق معلم محتمل لموقع الأكسجين لمركب تحت أكسيد البورون، ظل موضع الأكسجين الصحيح مفتوحًا للتساؤل حتى تم إجراء تحليل ريتفيلد لمحات حيود الأشعة السينية على مساحيق (B6O) بنجاح لأول مرة، على الرغم من أن هذه كانت كذلك التحقيقات الأولية.
- إن ثالث أقوى مادة بعد الماس والمكعب (BN) هو مركب أكسيد البورون (B6O)، علما أن لهذه المادة الصلبة العديد من الاستخدامات المحتملة؛ وذلك بسبب صلابتها بالإضافة إلى التطبيقات النووية ذات المحتوى العالي من البورون، حيث أنه لم يتم استخدام هذا المركب فعليًا في الماضي، وذلك نظرًا لارتفاع تكلفة توليف الدُفعات عن طريق أكسدة البورون مع مركب (B2O3) في درجات حرارة وضغوط مماثلة لتخليق معالجة الماس الاصطناعي.
- إن مسحوق البورون نفسه مكلف للغاية، لذا فإنه للتغلب على التكلفة الأساسية المرتفعة لمسحوق البورون، فإنه يتم استعمال عملية التحليل الكهربائي الفريدة من أجل إنتاج مسحوق البورون منخفض التكلفة، كما ويتم استخدام مسحوق (B) الإلكتروليتي منخفض التكلفة في الأكسدة الخاضعة للرقابة في بلازما الضغط الجوي التي تنتجها تقنية القوس المحول (PTA)، ومسحوق (B) منخفض التكلفة إلى جانب عملية الأكسدة منخفضة التكلفة التي يتم التحكم فيها بالضغط الجوي للطبقة المميعة ينتج مركب (B6O) بتكلفة تنافسية للمواد الصلبة الأخرى من مركب (B4C) ومركب (SiC).
تحضير مركب تحت أكسيد البورون
من الممكن أن تتم عملية تحضير تحت أكسيد البورون بثلاث طرق:
- تفاعل الحالة الصلبة بين البورون (B) ومركب (B2O3).
- اختزال أو الحد من مركب (B2O3).
- أكسدة البورون (B).
علما أنه سيؤدي ضغط البخار المرتفع لمركب (B2O3) في درجات حرارة مرتفعة إلى تكوين فائض من البورون في عملية تفاعل الحالة الصلبة بين البورون ومركب (B2O3)، أما في عمليات الحد من مركب (B2O3)، فإنه تشمل المخفضات التي يمكن استخدامها على سبيل المثال لا الحصر كلا من السيليكون (Si) والمغنيسيوم (Mg)، والتي تظل في مركب (B6O) كشوائب في العملية، أما أثناء عملية أكسدة البورون، فإن المواد المؤكسدة مثل مركب أكسيد الزنك (ZnO) قد تلوث مركب (B6O) في هذه العملية.
يتميز مركب تحت أكسيد البورون بطبيعة تساهمية قوية، كما أنه تسهل عمليات تكوينه في درجات حرارة أعلى من 1973 كلفن، ولقد تم الإبلاغ أيضًا عن أن أكسيد البورون يُظهر مجموعة واسعة من الخصائص المتفوقة مثل الصلابة العالية مع الكثافة المنخفضة والقوة الميكانيكية العالية ومقاومة الأكسدة حتى درجات الحرارة العالية فضلاً عن الخمول الكيميائي العالي.
تقترح الحسابات الوظيفية الأولية للكثافة الأولية للمبدأ الأول للخصائص الهيكلية لأكسيد البورون (B6O) أن قوة الترابط في تحت أكسيد البورون من الممكن أن يتم تعزيزها من خلال وجود خلالي عالي الكهربية في الهيكل، حيث تؤكد الحسابات الحسابية تقصير الروابط التساهمية، والتي يعتقد أنها تفضل ثوابت مرنة وقيم صلابة أعلى.
تطبيقات تحت أكسيد البورون
كانت التطبيقات المحتملة لمركب أكسيد البورون كطلاء من أجل تقليل التآكل لأدوات القطع عالية السرعة أو المواد الكاشطة أو غيرها من التطبيقات عالية التآكل، وعلى سبيل المثال فإن هذا المركب يعد موضع اهتمام شديد في السنوات الأخيرة، ومع ذلك على الرغم من الجهود البحثية المكثفة فإنه لم تتحقق التطبيقات التجارية بعد، ويرجع ذلك جزئيًا إلى صلابة الكسر المنخفضة للمادة المضغوطة بالحرارة والتحديات العملية الكبيرة المرتبطة بتكثيف مادة تحت أكسيد البورون المتكافئة مع التبلور الجيد، وعلاوة على ذلك لقد كانت العديد من الخصائص الميكانيكية للمادة حتى وقت قريب غير مفهومة جيدًا.
كما ويعتبر مركب أكسيد البورون أيضًا مادة واعدة للدروع، ولكن من أجل اختبارها فإنه لا يزال في مراحله الأولى ولم يُعرف أي انتشار تجاري اعتبارًا من عام 2019 ميلادي.
