View source for बोरॉन कार्बाइड

{{short description|Extremely hard ceramic compound}}'''बोरॉन कार्बाइड''' (रासायनिक सूत्र लगभग B<sub>4</sub>C) एक अत्यंत कठोर बोरॉन-[[कार्बन]] सिरेमिक है जो [[टैंक कवच]],, [[ बुलेटप्रूफ जैकेट |बुलेटप्रूफ जैकेट]], इंजन सैबोटेज पाउडर के साथ-साथ कई औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली [[सहसंयोजक यौगिक|सहसंयोजक]] पदार्थ है।<ref>
{{cite book
 | last= Gray
 | first= Theodore
 | title= The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe
 | publisher= Black Dog & Leventhal Publishers
 | date= 2012-04-03
 | isbn= 9781579128951
 | url= https://books.google.com/books?id=IOY-8hxTJVAC&q=boron+carbide+sabotage+powder&pg=PT24
 | access-date= 6 May 2014
}}
</ref> >30 GPa [[विकर्स कठोरता परीक्षण]] के साथ, यह क्यूबिक [[बोरॉन नाइट्राइड]] और हीरे के पीछे सबसे कठिन ज्ञात सामग्रियों में से एक है।<ref>
{{cite news
 | title= Rutgers working on body armor
 | url= http://www.app.com/article/20120811/NJNEWS/308110051/Rutgers-working-on-body-armor
 | quote= ... boron carbide is the third-hardest material on earth.
 | newspaper= [[Asbury Park Press]]
 | location = Asbury Park, N.J.
 | date= August 11, 2012
 | access-date= 2012-08-12
}}
</ref>
== इतिहास ==
बोरॉन कार्बाइड की खोज 19वीं शताब्दी में धातु बोराइड्स से जुड़ी प्रतिक्रियाओं के उप-उत्पाद के रूप में हुई थी, किंतु इसका [[रासायनिक सूत्र]] अज्ञात था। यह 1930 के दशक तक नहीं था कि रासायनिक संरचना का अनुमान B<sub>4</sub>C के रूप में लगाया गया था।<ref>Ridgway, Ramond R [http://v3.espacenet.com/publicationDetails/biblio?CC=CA&NR=339873&KC=&FT=E "Boron Carbide"], European Patent CA339873 (A), publication date: 1934-03-06</ref> इस बात पर विवाद बना रहा कि क्या पदार्थ में स्पष्ट 4:1 [[स्तुईचिओमेटरी]] थी या नहीं, जैसा कि व्यवहार में पदार्थ सदैव इस सूत्र के संबंध में कार्बन की थोड़ी कमी होती है, और [[ एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी |एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी]] से पता चलता है कि इसकी संरचना अत्यधिक जटिल है, मिश्रण के साथ सी-बी-सी चेन और बी<sub>12</sub> [[icosahedron|आईकोसाहेड्रा]] है |

इन सुविधाओं ने एक बहुत ही सरल स्पष्ट B<sub>4</sub>C अनुभवजन्य सूत्र के विरुद्ध तर्क दिया।<ref name=stoi>
{{cite journal
 | title= Structure and bonding in boron carbide: The invincibility of imperfections
 | first1= Musiri M.
 | last1= Balakrishnarajan
 | first2= Pattath D.
 | last2= Pancharatna
 | first3= Roald
 | last3= Hoffmann
 | journal= New J. Chem.
 | year= 2007
 | issue= 4
 | volume= 31
 | page= 473
 | doi= 10.1039/b618493f
 | url= http://www.rsc.org/Publishing/Journals/nj/Hotarticles/B618493F_Hoffmann.asp
}}
</ref> B<sub>12</sub> संरचनात्मक इकाई के कारण, आदर्श बोरॉन कार्बाइड का रासायनिक सूत्र अधिकांशतः B<sub>4</sub>C के रूप में नहीं है | किंतु B<sub>12</sub>C<sub>3</sub> के रूप में लिखा जाता है और B<sub>12</sub>C<sub>3</sub> और B<sub>12</sub>CBC इकाइयों के संयोजन के संदर्भ में वर्णित बोरॉन कार्बाइड की कार्बन कमी है।

== क्रिस्टल संरचना ==
[[File:Borfig11a.png|thumb|left|upright=0.66|बी. का यूनिट सेल<sub>4</sub>C. हरे गोले और icosahedron में बोरॉन परमाणु होते हैं, और काले गोले कार्बन परमाणु होते हैं।<ref name=zhangyb28.5c4>{{cite journal|vauthors=Zhang FX, Xu FF, Mori T, Liu QL, Sato A, Tanaka T |year=2001|title=Crystal structure of new rare-earth boron-rich solids: REB28.5C4|journal=J. Alloys Compd.|volume=329|issue=1–2|pages=168–172|doi=10.1016/S0925-8388(01)01581-X}}</ref>]]
[[File:Borfig12a.png|thumb|left|upright=0.66|बी. का टुकड़ा<sub>4</sub>सी क्रिस्टल संरचना।]]बोरॉन कार्बाइड में एक जटिल क्रिस्टल संरचना होती है जो [[बोरॉन युक्त धातु बोराइड्स की क्रिस्टल संरचना]] की विशिष्ट होती है। वहां, B<sub>12</sub> आईकोसाहेड्रा एक समभुज जाली इकाई (अंतरिक्ष समूह: ''R3m'' (संख्या 166) जालक स्थिरांक: a = 0.56 nm और c = 1.212 nm) एक C-B-C शृंखला के चारों ओर जो इकाई कोशिका और दोनों कार्बन परमाणुओं के केंद्र में रहता है। निकटतम तीन इकोसहेड्रा को पार करें। यह संरचना स्तरित है: B<sub>12</sub> आईकोसाहेड्रा और ब्रिजिंग [[कार्बन]] एक नेटवर्क प्लेन बनाते हैं जो सी-प्लेन के समानांतर फैलता है और सी-अक्ष के साथ ढेर हो जाता है। जाली की दो बुनियादी संरचना इकाइयाँ हैं - B<sub>12</sub> आईकोसैहेड्रॉन और B<sub>6</sub> [[अष्टफलक|ऑक्टाहेड्रॉन]] के छोटे आकार के कारण , वे आपस में जुड़ नहीं सकते है। इसके अतिरिक्त, वे निकटतम परत में, B<sub>12</sub> आईकोसाहेड्रा और इससे सी-प्लेन में बंधन शक्ति कम हो जाती है।<ref name=zhangyb28.5c4/>

B<sub>12</sub> संरचनात्मक इकाई के कारण, आदर्श बोरॉन कार्बाइड का रासायनिक सूत्र अधिकांशतः B<sub>4</sub>C के रूप में नहीं किंतु B<sub>12</sub>C<sub>3</sub> के रूप में लिखा जाता है, और B<sub>12</sub>C<sub>3</sub> और B<sub>12</sub>C<sub>2</sub> इकाइयों के संयोजन के संदर्भ में वर्णित बोरॉन कार्बाइड की कार्बन कमी है। <ref name=stoi/><ref name=gr/> कुछ अध्ययनों से बोरॉन आईकोसाहेड्रा में एक या अधिक कार्बन परमाणुओं को सम्मिलित करने की संभावना का संकेत मिलता है, जैसे कि (B<sub>11</sub>C)CBC = B<sub>4</sub>C जैसे स्टोइकोमेट्री के कार्बन-भारी अंत में सूत्रों को जन्म देता है, किंतु सूत्र जैसे B<sub>12</sub>(CBB) = B<sub>14</sub>C बोरॉन युक्त सिरे पर C. बोरॉन कार्बाइड इस प्रकार एक एकल यौगिक नहीं है, किंतु विभिन्न रचनाओं के यौगिकों का एक वर्ग है। एक सामान्य मध्यवर्ती, जो तत्वों के सामान्य रूप से पाए जाने वाले अनुपात का अनुमान लगाता है, वह B<sub>12</sub>(CBC) = B<sub>6.5</sub>C है ।<ref name="Domnich2011">{{cite journal | last1 = Domnich | first1 = Vladislav | last2 = Reynaud | first2 = Sara | last3 = Haber | first3 = Richard A. | last4 = Chhowalla | first4 = Manish | year = 2011 | title = Boron Carbide: Structure, Properties, and Stability under Stress | url = http://nanotubes.rutgers.edu/PDFs/Domnich.2011.JACerS.pdf | journal = J. Am. Ceram. Soc. | volume = 94 | issue = 11 | pages = 3605–3628 | doi = 10.1111/j.1551-2916.2011.04865.x | access-date = 23 July 2015 | archive-url = https://web.archive.org/web/20141227081802/http://nanotubes.rutgers.edu/PDFs/Domnich.2011.JACerS.pdf | archive-date = 27 December 2014 | url-status = dead }}</ref> क्वांटम यांत्रिक गणना ने प्रदर्शित किया है कि क्रिस्टल में विभिन्न पदों पर बोरॉन और कार्बन परमाणुओं के बीच विन्यास संबंधी विकार पदार्थ के कई गुणों को निर्धारित करता है - विशेष रूप से, B<sub>4</sub>C संरचना के क्रिस्टल समरूपता और<ref>{{cite journal | last1 = Ektarawong | first1 = A. | last2 = Simak | first2 = S. I. | last3 = Hultman | first3 = L. | last4 = Birch | first4 = J. | last5 = Alling | first5 = B. | year = 2014 | title = First-principles study of configurational disorder in B<sub>4</sub>C using a superatom-special quasirandom structure method | journal = Phys. Rev. B | volume = 90 | issue = 2| page = 024204 | doi = 10.1103/PhysRevB.90.024204 |arxiv = 1508.07786 |bibcode = 2014PhRvB..90b4204E | s2cid = 39400050 }}</ref> B<sub>13</sub>C<sub>2</sub> संरचना के गैर-धातु विद्युत प्रकृति है।<ref>{{cite journal | last1 = Ektarawong | first1 = A. | last2 = Simak | first2 = S. I. | last3 = Hultman | first3 = L. | last4 = Birch | first4 = J. | last5 = Alling | first5 = B. | year = 2015 | title = Configurational order-disorder induced metal-nonmetal transition in B<sub>13</sub>C<sub>2</sub> studied with first-principles superatom-special quasirandom structure method | journal = Phys. Rev. B | volume = 92 | issue = 1| page = 014202 | doi = 10.1103/PhysRevB.92.014202 |arxiv = 1508.07848 |bibcode = 2015PhRvB..92a4202E | s2cid = 11805838 }}</ref>



== गुण ==
बोरॉन कार्बाइड को अत्यधिक उच्च कठोरता (लगभग 9.5 से 9.75 मोह्स कठोरता मापदंड पर), [[न्यूट्रॉन]] के अवशोषण के लिए उच्च क्रॉस सेक्शन (अर्थात न्यूट्रॉन के खिलाफ अच्छे परिरक्षण गुण), आयनीकरण विकिरण की स्थिरता और अधिकांश रसायनों के साथ एक शक्तिशाली पदार्थ के रूप में जाना जाता है।<ref name=w330>Weimer, p. 330</ref> इसकी [[विकर्स कठोरता]] (38 GPa), [[लोचदार मापांक]] (460 GPa)<ref>{{cite journal | last1 = Sairam | first1 = K. | last2 = Sonber | first2 = J.K. | last3 = Murthy | first3 = T.S.R.Ch. | last4 = Subramanian | first4 = C. | last5 = Hubli | first5 = R.C. | last6 = Suri | first6 = A.K. | year = 2012 | title = Development of B4C-HfB2 composites by reaction hot pressing | journal = Int.J. Ref. Met. Hard Mater | volume = 35 | pages = 32–40 | doi=10.1016/j.ijrmhm.2012.03.004}}</ref> और फ्रैक्चर कठोरता (3.5 MPa·m<sup>1/2</sup>) डायमंड के लिए संबंधित मानो (11150 GPa and 5.3 MPa·m<sup>1/2</sup>) तक पहुंचती है.<ref>{{cite journal| title = Ultimate Metastable Solubility of Boron in Diamond: Synthesis of Superhard Diamondlike BC5| first1 = V. L.|last1 = Solozhenko|journal = Phys. Rev. Lett.| volume = 102| page = 015506|year = 2009| doi = 10.1103/PhysRevLett.102.015506| last2 = Kurakevych| first2 = Oleksandr O.| last3 = Le Godec| first3 = Yann| last4 = Mezouar| first4 = Mohamed| last5 = Mezouar| first5 = Mohamed| pmid=19257210| bibcode=2009PhRvL.102a5506S| issue = 1| url = http://bib-pubdb1.desy.de/record/87949/files/GetPDFServlet.pdf}}</ref>

{{As of|2015}}, बोरॉन कार्बाइड हीरा और [[घन बोरान नाइट्राइड]] के बाद ज्ञात तीसरा सबसे कठोर पदार्थ है, जो इसे काला हीरा उपनाम देता है।<ref>{{cite web |url= http://www.precision-ceramics.co.uk/boron-carbide.htm |title= बोरॉन कार्बाइड|publisher= Precision Ceramics |access-date= 2015-06-20 |url-status= dead |archive-url= https://web.archive.org/web/20150620124737/http://www.precision-ceramics.co.uk/boron-carbide.htm |archive-date= 2015-06-20 }}</ref><ref>{{cite journal |doi= 10.1142/S2010194512001894 |author1=A. Sokhansanj |author2=A.M. Hadian |title= एट्रिशन मिल्ड नैनो-साइज बोरॉन कार्बाइड पाउडर की शुद्धि|publisher= International Journal of Modern Physics: Conference Series |journal= 2nd International Conference on Ultrafine Grained & Nanostructured Materials (UFGNSM) |volume= 5 |year= 2012 |pages= 94–101 |bibcode = 2012IJMPS...5...94S }}</ref>



=== [[ अर्धचालक | अर्धचालक]] गुण ===
बोरॉन कार्बाइड एक अर्धचालक है, जिसमें होपिंग-टाइप ट्रांसपोर्ट पर इलेक्ट्रॉनिक गुणों का प्रभुत्व है।<ref name="Domnich2011" /> [[ऊर्जा अंतराल]] रचना के साथ-साथ ऑर्डर की डिग्री पर निर्भर करता है। बैंड गैप का अनुमान 2.09 eV है, जिसमें कई मिड-बैंडगैप अवस्था हैं जो फोटोलुमिनेसेंस स्पेक्ट्रम को जटिल बनाते हैं।<ref name="Domnich2011" /> पदार्थ सामान्यतः पी-प्रकार है।

== तैयारी ==
बोरॉन कार्बाइड को पहली बार 1899 में [[हेनरी मोइसन]] द्वारा <ref name=gr>{{Greenwood&Earnshaw2nd|p=149}}</ref> इलेक्ट्रिक [[चाप भट्टी|आर्क फर्नेस]] में कार्बन की उपस्थिति में कार्बन या [[मैगनीशियम]] के साथ [[बोरान ट्राइऑक्साइड]] की कमी करके संश्लेषित किया गया था।। कार्बन के स्थिति में, अभिक्रिया B<sub>4</sub>C के गलनांक से ऊपर के तापमान पर होती है और बड़ी मात्रा में [[कार्बन मोनोआक्साइड]] की मुक्ति के साथ है:<ref name=w131>Weimer, p. 131</ref> :

: 2 B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 7 C → B<sub>4</sub>C + 6 CO

यदि मैग्नीशियम का उपयोग किया जाता है, तो ग्रेफाइट [[क्रूसिबल]] में प्रतिक्रिया की जा सकती है, और अम्ल के उपचार से मैग्नीशियम उप-उत्पादों को हटा दिया जाता है।<ref>Patnaik, Pradyot (2002). ''Handbook of Inorganic Chemicals''. McGraw-Hill. {{ISBN|0-07-049439-8}}</ref>

[[File:Plastic with boron carbide.jpg|thumb|upright|[[परमाणु ऊर्जा अनुसंधान प्रतिष्ठान]], यूके में न्यूट्रॉन प्रयोगों में ढाल के रूप में उपयोग किए जाने वाले बोरॉन कार्बाइड के साथ एम्बेडेड प्लास्टिक]]

== अनुप्रयोग ==
[[File:Bodyarmor.jpg|thumb|upright|बोरॉन कार्बाइड का उपयोग [[ बैलिस्टिक बनियान |बैलिस्टिक बनियान]] की आंतरिक प्लेटों के लिए किया जाता है]]इसकी कठोरता के लिए:
* [[ ताला ]]
*व्यक्तिगत और वाहन विरोधी बैलिस्टिक [[कवच चढ़ाना]]
* [[सैंडब्लास्टिंग]] नोजल
*[[ जल जेट कटर ]]हाई प्रेशर वॉटर जेट कटर नोज़ल
*खरोंच और पहनने के लिए प्रतिरोधी कोटिंग्स
* काटने के उपकरण और मर जाते हैं
*अपघर्षक
[[धातु मैट्रिक्स समग्र]] कंपोजिट
* वाहनों के ब्रेक लाइनिंग में

अन्य गुणों के लिए:
*न्यूट्रॉन_ज़हर या [[परमाणु रिएक्टर]] में जलने योग्य_ज़हर (नीचे देखें)
*ठोस ईंधन रैमजेट के लिए [[उच्च ऊर्जा ईंधन]]

=== परमाणु अनुप्रयोग ===
लंबे समय तक रहने वाले [[रेडियोन्यूक्लाइड]] बनाए बिना न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए बोरॉन कार्बाइड की क्षमता इसे परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में उत्पन्न होने वाले न्यूट्रॉन विकिरण के लिए एक अवशोषक के रूप में और कार्मिक-विरोधी न्यूट्रॉन बमों से आकर्षक बनाती है। <ref>''[https://books.google.com/books?id=czTi4G6-Hq8C&dq=Carborundum+B4C+nuclear&pg=PA311 Fabrication and Evaluation of Urania-Alumina Fuel Elements and Boron Carbide Burnable Poison Elements]'', Wisnyi, L. G. and Taylor, K.M., in "ASTM Special Technical Publication No. 276: Materials in Nuclear Applications", Committee E-10 Staff, [[American Society for Testing Materials]], 1959</ref> बोरॉन कार्बाइड के परमाणु अनुप्रयोगों में परिरक्षण सम्मिलित है।<ref name=w330>Weimer, p. 330</ref>
== यह भी देखें ==
* [[कार्बन नंबर 1 वाले यौगिकों की सूची]]

==संदर्भ==
{{reflist|30em}}


==ग्रन्थसूची==
*{{cite book|url=https://books.google.com/books?id=PC4f40ETjeUC&pg=PA330|author = Weimer, Alan W. | title = Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing| isbn = 0-412-54060-6| year = 1997| publisher = Chapman & Hall (London, New York)}}


==बाहरी संबंध==
*[https://web.archive.org/web/20060209040519/http://www.npi.gov.au/database/substance-info/profiles/15.html National Pollutant Inventory – Boron and compounds]
*[http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C12069328&Units=SI&Mask=2#Thermo-Condensed NIST Chemistry Database Entry for Boron Carbide]

[[Category:All articles containing potentially dated statements]]
[[Category:Articles containing potentially dated statements from 2015]]
[[Category:Created On 28/03/2023]]
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[[Category:कार्बाइड्स]]
[[Category:न्यूट्रॉन जहर]]
[[Category:बोरॉन यौगिक]]
[[Category:सुपरहार्ड सामग्री]]