질화 붕소

질화붕소(BN: Boron Nitride)는 질소(N)와 붕소(B)의 1:1몰비의 화합물이다.

질화 붕소

이름
IUPAC 이름 Boron nitride
식별자
CAS 번호	10043-11-5 예
3D 모델 (JSmol)	hexagonal (graphite) structure: Interactive image sphalerite structure: Interactive image wurtzite structure: Interactive image
ChEBI	CHEBI:50883 예
ChemSpider	59612 예
ECHA InfoCard	100.030.111
EC 번호	233-136-6
그멜린 레퍼런스	216
MeSH	Elbor
PubChem CID	66227
RTECS 번호	ED7800000
UNII	2U4T60A6YD 아니오
CompTox Dashboard (EPA)	DTXSID5051498
InChI InChI=1S/BN/c1-2 예 Key: PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 예 InChI=1S/B2N2/c1-3-2-4-1 Key: AMPXHBZZESCUCE-UHFFFAOYSA-N InChI=1S/B3N3/c1-4-2-6-3-5-1 Key: WHDCVGLBMWOYDC-UHFFFAOYSA-N InChI=1/BN/c1-2 Key: PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYAL
SMILES hexagonal (graphite) structure: [BH-]1=[nH+][B-]2=[nH+][BH-]=[n+]3[BH-]=[nH+][B-]4=[nH+][BH-]=[n+]5[BH-]=[nH+][B-]6=[nH+][BH-]=[n+]1[B-]7=[n+]2[B-]3=[n+]4[B-]5=[n+]67 sphalerite structure: [NH+]12[B-][NH+]3[B-][NH+]([BH-]14)[BH-]1[N+]5([BH-]38)[B-]26[NH+]2[BH-]([N+]4)[NH+]1[B-][NH+]3[BH-]2[N+][BH-]([NH+]6[BH-]([NH+])[NH+]68)[NH+]([B-]6)[BH-]35 wurtzite structure: [N+]7[BH-]2[N+][BH-]3[NH+]8[BH-]4[N+][BH-]5[N+][B-]78[N+]90[B-][NH+]5[B-][NH+]4[BH-]9[NH+]3[B-][NH+]2[B-]0
성질
화학식	BN
몰 질량	24.82 g·mol−1
겉보기	Colorless crystals
밀도	2.1 (h-BN); 3.45 (c-BN) g/cm3
녹는점	2,973 °C (5,383 °F; 3,246 K) sublimates (cBN)
물에서의 용해도	insoluble
전자 이동도	200 cm2/(V·s) (cBN)
굴절률 (nD)	1.8 (h-BN); 2.1 (c-BN)
구조
결정 구조	hexagonal, sphalerite, wurtzite
열화학
열용량 (C)	19.7 J/(K·mol)[1]
표준 몰 엔트로피 (So298)	14.8 J/K mol[1]
표준 생성 엔탈피 (ΔfH⦵298)	-254.4 kJ/mol[1]
기브스 자유 에너지 (ΔfG˚)	-228.4 kJ/mol[1]
위험
GHS 그림문자
신호어	경고
GHS 유해위험문구	H319, H335, H413
GHS 예방조치문구	P261, P264, P271, P273, P280, P304+340, P305+351+338, P312, P337+313, P403+233, P405, P501
NFPA 704 (파이어 다이아몬드)	0 0 0
관련 화합물
관련 화합물	Boron arsenide Boron carbide Boron phosphide Boron trioxide
달리 명시된 경우를 제외하면, 표준상태(25 °C [77 °F], 100 kPa)에서 물질의 정보가 제공됨. 아니오 확인 (관련 정보 예아니오 ?) 정보상자 각주

결정구조

압력과 온도에 따라 3가지 결정구조를 지님. (육방정 결정구조 , 큐빅형 결정구조, 울짜이츠 결정구조) 일반적으로 말하는 질화붕소는 육방정 결정구조를 지닌 질화붕소를 뜻함.

세 가지 유형의 BN에 대한 정의와 응용은 다음과 같습니다^[2]:

1. 육방정계 질화붕소 (hBN)

• 흰색 흑연’이라 불리며, 층상 구조를 가진 전기 절연체이자 열전도성이 높은 소재.
• 용도: 고온 윤활제, 전자기기 방열 소재, 진공로 절연 부품.

2. 입방정계 질화붕소 (cBN)

• 다이아몬드와 동일한 전자 구조, 높은 경도와 열·화학적 안정성 보유.
• 용도: 연마재, 절삭 공구, 고온·극한 환경 부품.3. 우르츠 구조 질화붕소 (wBN)

• 매우 희귀한 고압 상(相)으로, 일부 조건에서 다이아몬드보다 더 단단한 것으로 여겨짐.
• 용도: 초경도 물질 연구, 고압 특수용도, 고성능 보호 코팅 (실험 단계).

일반적인 특성

1.열전도율이 높다. 2.화학적인 안정성이 뛰어나다. 3.열충격에 강하다. 4.단단하다.

BN, 흑연, 다이아몬드의 물성 비교표

(밀도: g/cm³, 경도: GPa, 체적 탄성률: GPa, 열전도도: W/m·K, 열팽창 계수: 10⁻⁶/K, 밴드갭: eV)

특성	육방정 BN (h-BN)	입방정 BN (c-BN)[3]	우르츠 BN (w-BN)	흑연 (∥ / ⟂)[4]	다이아몬드[3]
밀도	약 2.1	3.45	3.49	약 2.1	3.515
누프 경도	-	45	34	-	100
체적 탄성률	36.5	400	400	34	440
열전도도	600 / 30	740	-	200–2000 / 2–800	600–2000
열팽창 계수	-2.7 / 38	1.2	2.7	-1.5 / 25	0.8
밴드갭	5.9–6.4[5]	10.1–10.7[6]	4.5–5.5	0	5.5
굴절률	1.8	2.1	2.05	-	2.4
자기 감수율 (μemu/g)[7]	-0.48 / -17.3	-	-	-0.2 ~ -2.7 / -20 ~ -28	-1.6

제조방법

고온의 전기로에 암모니아나 요소등의 증기를 만들고 삼산화이붕소(${\displaystyle {\ce {B2O3}}}$)를 투입하여 대류시키고 이로써 질소와 붕소의 반응을 유도하는 방식과, 특정 용기에 삼산화이붕소(${\displaystyle {\ce {B2O3}}}$)분말과 환원제로 쓰이는 분말을 혼합하여 넣고 질소가스를 주입하여 내부에서 점화시켜서 반응을 유도하는 방식이 있음

주요용도

육방정계 질화붕소 (h-BN) 주요 용도^[8]

• 고온 윤활제: 산화 환경에서도 작동하며, 그래파이트 대체재로 사용됨 (내연기관 등).
• 우주 및 진공 환경 윤활: 수분/기체가 없어도 윤활 성능 유지 가능.
• 화장품 첨가제: 파운데이션, 아이섀도, 립스틱 등에 사용됨 (질감 향상 및 안전성).^[9]
• 내열 세라믹 및 코팅: 고온 장비, 진공로, 금속 주조 몰드에 코팅제로 사용.
• 전기 절연체: 반도체 장치에서 절연층 또는 그래핀 기판으로 활용.
• 자동차 부품: 산소 센서 실링 등에서 절연성과 내열성을 활용.^[9]
• 정밀 총기 윤활제: 모리브덴 디설파이드(MoS₂) 대체제로 사용됨.
• 연필심, 페인트, 수지, 고무 첨가제: 자가 윤활 기능 부여.

입방정계 질화붕소 (c-BN) 주요 용도^[10]

• 초경 연마재: 다이아몬드와 유사한 경도, 철 및 니켈 합금 가공에 적합.
• 절삭 공구 재료: PCBN 등으로 금속 절삭에 사용.
• 내산화 코팅: 고온 산화 환경에서 보호층 형성.
• 방열판 및 절연재: 높은 열전도성과 전기 절연성으로 전자장치에 사용.
• X선 필름 소재: 낮은 흡수율과 높은 기계 강도로 박막 적용.

같이 보기

• 보라존