【VIP专享】金属硼化物结构与性能

第二章合金的相结构与二元合金相图由于纯金属的机械性能比较低，很难满足机械制造业对材料性能的要求，尤其是一些特殊性能如高强度、耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等的要求，加上它冶炼困难，价格昂贵，所以在工业生产中广泛使用的金属材料主要是合金。

合金的性能比纯金属的优异，主要是因为合金的结构与组织与纯金属不同，而合金的组织是合金结晶后得到的，合金相图就是反映合金结晶过程的重要资料，也是制订各种热加工工艺的重要理论依据，所以本章着重介绍合金的结构与相图。

第一节固态合金中的相结构相：指具有相同结构，相同成分和性能（也可以是连续变化的）并以界面相互分开的均匀组成部分，如液相、固相是两个不同的相，合金在室温时只有一个相组成的合金称为单相合金，由两个相组成的合金称为两相合金。

由多个相组成的合金称为多相合金。

组织：指用肉眼或显微镜观察到的材料内部形貌图像，一般用肉眼观察到的称为宏观组织，用显微镜放大后观察到的组织称为微观组织。

材料的组织是由相组成的，当组成相的数量、大小、形态和分布不同时，其组织也就不同。

从而导致其性能不同，因此可以通过改变合金的组织来改变合金的性能。

合金：是由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或用其他方法制成的具有金属特性的物质。

合金系：由给定的若干组元按不同的比例配制成的一系列不同成分的合金，为一个合金系统，简称为合金系。

如由A、B两个组元配制成的称为A-B二元系，同样由三个组元或多个组元配制成的称为三元系合金或多元系合金，本章主要介绍二元系合金的有关知识。

由于组成合金的各组元的结构和性质不同，因此它们在组成合金时，它们之间的相互作用也就不同，所以它们之间可以形成许多不同的相。

但按这些相的结构特点，可以将它们分为两大类：即固溶体和金属间化合物。

固溶体的主要特点是：其晶体结构与溶剂组元的相同；而金属间化合物的主要特点是其晶体结构与两组元的结构均不相同，而是一种新的晶体结构。

一、固溶体1、固溶体由两种或两种以上组元在固态下相互溶解，而形成得具有溶剂晶格结构的单一的、均匀的物质。

金属硼化物与含硼合金
金属硼化物是将金属原子与硼原子结合形成的化合物，通常用于提高金属的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和热稳定性。

金属硼化物具有高硬度、高强度、高熔点、高导热性和低热膨胀系数等优异性能，因此被广泛应用于航空、汽车、船舶、电子、光学等领域。

常见的金属硼化物包括碳化硼（B4C）、氮化硼（BN）、钨酸钼（Mo2B5）、钒酸铬（Cr3VB2）等。

这些硼化物具有极高的硬度，例如碳化硼的硬度达到了9.3，比钻石的硬度稍低，但比金刚石的硬度高。

含硼合金是一种具有一定含量的硼的合金，其硼含量通常在1%-30%之间。

硼可以改善合金的机械性能、热稳定性、耐磨性和耐蚀性等，因此被广泛应用于冶金、航空、船舶、电子、医疗器械等领域。

常见的含硼合金包括钢、铝、镍等合金。

例如，钼钢中加入少量的硼可以提高其硬度和淬火稳定性，使其成为一种优良的切削工具材料；在铝合金中加入硼可以提高其耐腐蚀性和热稳定性，使其在航空、汽车等领域得到应用。

总之，金属硼化物和含硼合金在现代工业中具有广泛应用，给工业生产带来了显著的经济和社会效益。

硼及其化合物的性质1．硼硼单质有晶体硼和无定形硼两种，晶体硼相当稳定，无定形硼比较活泼，能发生如下反应：(1)高温下，与N 2、S 、X 2等单质反应，如2B ＋N 2=====高温2BN 。

(2)高温下同金属反应生成金属硼化物。

(3)赤热下，与水蒸气反应，2B ＋6H 2O(g)=====△2B(OH)3＋3H 2。

(4)与热的浓硫酸或浓硝酸反应，2B ＋3H 2SO 4(浓)=====△2H 3BO 3＋3SO 2↑，B ＋3HNO 3(浓)=====△H 3BO 3＋3NO 2↑。

2．硼酸(H 3BO 3)(1)一元弱酸，H 3BO 3＋H 2O H ＋＋[B(OH)4]－。

(2)H 3BO 3受热时会逐渐脱水，首先生成偏硼酸(HBO 2)，继续升温可进一步脱水生成四硼酸(H 2B 4O 7)，更高温度时则转变为硼酸的酸酐(B 2O 3)。

3．硼氢化钠(NaBH 4)硼氢化钠中的氢元素为－1价，具有还原性，故其可用作醛类、酮类和酰氯类的还原剂：。

4．硼砂(Na 2B 4O 7·10H 2O)(1)制备：将偏硼酸钠溶于水形成较浓溶液，然后通入CO 2调节pH ，浓缩结晶分离出硼砂：4NaBO 2＋CO 2＋10H 2O===Na 2B 4O 7·10H 2O ＋Na 2CO 3。

(2)将硼砂溶于水，用硫酸溶液调节pH ，可析出溶解度小的硼酸晶体：Na 2B 4O 7＋H 2SO 4＋5H 2O===4H 3BO 3↓＋Na 2SO 4。

1．NaBH 4与FeCl 3反应可制取纳米铁：2FeCl 3＋6NaBH 4＋18H 2O===2Fe ＋6NaCl ＋6H 3BO 3＋21H 2↑，下列说法正确的是( )A ．该反应中氧化剂只有FeCl 3B ．NaBH 4的电子式为C ．NaBH 4不能与水发生反应D ．该反应中每生成1 mol Fe 转移电子3 mol答案 B解析 反应2FeCl 3＋6NaBH 4＋18H 2O===2Fe ＋6NaCl ＋6H 3BO 3＋21H 2↑中，FeCl 3中的Fe 由＋3价降低到0价，水中部分H 由＋1价降低到0价，所以该反应中氧化剂为FeCl 3和H 2O ，A 项错误；NaBH 4由钠离子与BH －4构成，为离子化合物，则其电子式为，B 项正确；NaBH 4中H 为－1价，水中H 为＋1价，两者发生归中反应可生成氢气，C 项错误；题述氧化还原反应中，化合价升高的只有NaBH 4中的H ，由－1价升高到0价，可据此判断电子转移数目，每生成1 mol Fe ，消耗3 mol NaBH 4，转移电子12 mol ，D 项错误。

硼化有机硅聚合物-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述硼化有机硅聚合物是一种新型的材料，由硼化物、有机硅和聚合物三个组成部分构成。

硼化物具有优异的导电性和热传导性能，有机硅具有良好的柔韧性和耐热性，聚合物可以提供良好的力学性能和可塑性。

将这三种材料复合在一起，形成了硼化有机硅聚合物，具有多种优势和应用潜力。

硼化有机硅聚合物具有高导电性能，这使得它在电子器件领域具有广阔的应用前景。

通过调节硼含量和有机硅分子的结构，可以调控材料的导电性能。

同时，硼化有机硅聚合物还具有优异的热传导性能，在高温环境下仍能保持良好的导热性能，这使得它在热管理领域也具备广泛的应用潜力。

此外，硼化有机硅聚合物还具有良好的柔韧性和耐热性。

由于有机硅的特殊结构，硼化有机硅聚合物在拉伸和弯曲等应力作用下有良好的抗变形能力，并且可以在高温环境中保持结构的稳定性。

这使得它在柔性电子、弹性材料等领域具备广泛的应用前景。

聚合物在硼化有机硅聚合物中起到了增强材料的作用。

聚合物可以使硼化有机硅聚合物具有良好的力学性能，如强度、硬度等。

此外，聚合物还可以调控硼化有机硅聚合物的可塑性，使其具备成型和加工的能力。

综上所述，硼化有机硅聚合物是一种多功能的材料，具有优异的导电性能、热传导性能、柔韧性和耐热性。

它的应用领域广泛，包括电子器件、热管理、柔性电子和弹性材料等。

在未来的发展中，我们可以通过进一步研究和改进，不断拓宽硼化有机硅聚合物的应用范围，并推动该领域的发展。

1.2文章结构文章结构：本文将分为三个部分来探讨硼化有机硅聚合物的相关内容。

首先，在引言部分，将对硼化物、有机硅和聚合物进行概述，并介绍本文的目的。

然后，在正文部分，将分别探讨硼化物的性质、有机硅的应用以及聚合物的特点。

最后，在结论部分，将总结硼化有机硅聚合物的优势，并展望该领域的未来发展。

在结束语中，对本文进行一个简短的总结。

通过这样的结构安排，读者将能够全面了解硼化有机硅聚合物的相关知识，并对其在未来的应用前景有一个清晰的认识。

一般而言，我们知道的电陶瓷结晶为六边形结构。

在这类石墨晶格，一种原子紧密堆积导致彼此之间的强相互作用，同时与其他构成原子和密排的结合薄弱。

过渡金属硼化物TMB ，以正交结构结晶，形成的空间群为C mcm (63号)。

图1给出了TMB 化合物沿x 轴的结构示意图。

在TMB 的晶格中，过渡族金属和硼原子的分布分别具有相同的对称性，都占据 4c Wyckoff 位置。

由图可以看出，其结构是有共边连接的长条金字塔形，这种金字塔是有相邻的硼原子组成，硼原子则由于金属原子所形成平行平面而交错。

金属平面之间的相互作用为金属结合，从而导致良好的导电性，良好的延展性和韧性。

因此，这类硼化物在晶体结构方面而言为层状结构。

关于这些硼化物总能量和电子结构的计算是在一个基于密度泛函理论（DFT ）的超软赝势的框架下进行，植入了CASTEP 代码。

由于缺乏关于这些硼化物的实验晶格参数，对一些硼化物的全几何优化用全局收敛性分析（BFGS ）算法，同时考虑了严重趋同的公差我们选定，平面波截断能量E cutoff = 650电子伏特来作为平面波的基态能量，从而确保计算结果的精度。

电子与电子之间的交换作用能采用了广义梯度近似（GGA-PBE ）方案。

在TMB 中，采用7×3×8的Monkorst 一pack 特殊K 点对全Brillouin 求和，计算都在倒易空间中进行。

弹性模量是用来衡量受胡克定律限制的弹性材料刚度的物理量。

刚度常数（c ijkl ）是与下列胡克定律相关的比例系数。

σij = c ijkl εkl （1）在福格特符号，刚度张量可以简化为6×6矩阵。

对于六边形和正交结构，我们分别用5个和9个相互独立、受对称性限制的弹性系数来描述刚度张量。

()⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=2/ 0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 12114444331313131112131211c c c c c c c c c c c c c c hex⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=665544 332313232212131211 0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 c c c c c c c c c c c c c orth六边形结构 正交结构弹性参数可以通过第一性原理准确地计算。

专题14、物质结构与性质（大题）大题1．（2022年11月青岛三十九中高三期中）硼化物在生产、生活和科研中应用广泛。

回答下列问题：（1）立方氮化硼硬度大，熔点3000°C ，其晶体类型为_______。

制备氮化硼(BN)的一种方法为BCl 3(g)+NH 3(g)=BN(s)+3HCl(g)。

BCl 3的空间构型为_______，形成BCl 3时，基态B 原子价电子层上的电子先进行激发，再进行杂化，激发时B 原子的价电子轨道表示式可能为_______(填标号)。

A ．B ．C ．D ．（2）硼砂阴离子[B 4O 5(OH)4]2－的球棍模型如图所示。

其中B 原子的杂化方式为_______，该阴离子中所存在的化学键类型有_______(填标号)。

A .离子键B ．配位键C ．氢键D ．非极性共价键（3）Ca 与B 组成的金属硼化物结构如图所示，硼原子全部组成B 6正八面体，各个顶点通过B-B 键互相连接成三维骨架，具有立方晶系的对称性。

该晶体的化学式为_______，晶体中Ca 原子的配位数为_______，以晶胞参数为单位长度建立的坐标系可以表示晶胞中各原子的位置，称为原子的分数坐标，如M 点原子的分数坐标为(12，12，12)，已知B 6八面体中B -B 键的键长为r pm ，晶胞参数为a pm ，则N 点原子的分数坐标为_______，Ca 与B 原子间的距离d=_______pm(列出计算式即可)。

答案：（1）①.原子晶体(或共价晶体)②.平面三角形③.C（2）①.sp 2或sp 3②.B（3）①.CaB 6②.24③.(0，0，a2)④.2．（12分）(2022年11月菏泽高三期中A 卷)方钴矿化合物是典型的热电材料，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。

（1）BrianSales 等研究了一类新型热电材料，叫作填隙方钴矿锑化物，在钴和锑形成的晶体空隙中填充入稀土原子La （如图所示），该化合物的化学式为___________。

有机硼化合物的性能与合成研究有机硼化合物是一类具有重要应用前景的化合物。

它们在材料科学、有机合成和药物化学等领域都有较广泛的研究。

有机硼化合物的独特性能以及不同的合成方法对其应用的拓展提供了无限可能。

有机硼化合物的性能多样且引人注目。

首先，它们具有良好的光电性能，有机硼化合物可发射强烈的荧光或磷光，具有较高的量子产率，可以应用于荧光标记、光电器件和发光材料等领域。

其次，有机硼化合物具有优异的化学稳定性，对氧、酸、碱等常见氧化剂具有一定的抗性，这种稳定性使其成为一种重要的材料。

此外，有机硼化合物也表现出较强的药物活性，在抗癌、抗炎和抗菌等方面具有潜在的应用价值。

在有机硼化合物的合成方面，研究人员提出了多种方法。

传统的合成方法包括硼化物与有机化合物直接反应、金属催化的硼基化反应和硼轮烷化等。

这些方法能够合成许多不同类型的有机硼化合物，但往往受到反应条件的限制，产率较低且工艺复杂。

近年来，一些新的合成策略也被开发出来，如金属有机框架模板法、光合成、催化合成等。

这些方法为有机硼化合物的合成提供了新的思路，使得合成过程更加高效、经济。

值得关注的是，有机硼化合物的合成研究受到了配体设计的影响。

配体的选择对反应中间体的稳定性和反应速率有重要影响。

近年来，一些新型配体如N-杂环卡宾配体、酞菁配体和磷配体等被广泛运用于有机硼化合物的合成中。

这些新型配体具有良好的配位性质和较强的催化活性，为有机硼化合物的研究提供了新的启示。

此外，有机硼化合物在光学领域的性能研究也备受关注。

有机硼化合物中的硼原子能够与不同的芳环或膦配体形成共轭体系，从而调控其光学性质。

例如，硼芴配体的引入可以显著增强有机硼化合物的荧光强度和量子产率。

有机硼化合物的光电性能可通过结构改变进行调控，为光学显示、光电器件等领域的应用提供了潜在的机会。

综上所述，有机硼化合物作为一类具有广泛应用前景的化合物，其独特性能和合成方法的不断进步为其应用的拓展提供了坚实的基础。

金属硼化物的亲核能力1.引言1.1 概述概述金属硼化物作为一类重要的化合物，在化学领域中具有广泛的应用。

金属硼化物是一种由金属与硼元素组成的化合物，其特点是具有良好的亲核能力。

亲核能力是指一个物质与亲核试剂（有能力提供电子对的物质）发生反应的倾向性。

金属硼化物在化学反应中表现出较强的亲核性质，这主要归因于其特殊的化学构成和电子结构。

金属硼化物的化学构成通常由金属元素与硼元素的化学键形成，金属元素通常为电子亏损的阳离子形式。

硼元素则具有电子富余的性质，能够提供额外的电子贡献。

这种特殊的构成使得金属硼化物具有优异的亲核性能。

金属硼化物的亲核反应可以在很多化学反应中发挥重要作用，包括有机化学、配位化学和催化化学等领域。

通过提供电子对，金属硼化物可以与不同的亲核试剂发生亲核加成、亲核取代和亲核开环等反应。

在有机合成中，金属硼化物的亲核能力被广泛应用于构建碳-碳键和碳-异原子键。

例如，通过与碳中的亲电性基团反应，金属硼化物能够在不同的有机分子中引入新的碳-碳键，实现带有多种功能基团的复杂分子的合成。

此外，金属硼化物还可与卤代烃、酯和醛等亲电性试剂发生取代反应，从而实现有机化合物的改变和修饰。

除了在有机合成领域的应用，金属硼化物的亲核能力还被广泛应用于配位化学和催化化学中。

在配位化学中，金属硼化物可以作为配体与中心金属离子发生配位反应，形成稳定的配位化合物。

这些配位化合物在催化反应中能够提供额外的反应活性位点，促进反应的进行。

综上所述，金属硼化物作为一类具有较强亲核能力的化合物，在化学领域中具有广泛的应用前景。

通过充分理解金属硼化物的亲核性质，我们可以进一步优化其应用，并开发出更多更高效的反应方法，推动化学研究的进展。

1.2 文章结构文章结构部分内容如下：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

下面将详细介绍每个部分的内容安排。

引言部分包括概述、文章结构和目的三个方面。

首先，概述部分将对金属硼化物的亲核能力进行简要介绍，提出该领域的研究意义和重要性。

第一性原理研究几种过渡金属硼化物、氮化物及BC5的结构、弹性及其电子性质第一性原理研究几种过渡金属硼化物、氮化物及BC5的结构、弹性及其电子性质近年来，过渡金属硼化物、氮化物和BC5等二维材料引起了越来越多的关注。

由于其特殊的结构和优异的性能，这些材料在能源、储存、电子器件等领域展示出巨大的应用潜力。

为了深入了解这些材料的性质，许多研究者采用第一性原理方法进行了研究，探究了它们的结构、弹性和电子性质等。

首先，我们来看一下过渡金属硼化物的研究。

过渡金属硼化物是一类由过渡金属原子和硼原子构成的化合物。

研究发现，过渡金属硼化物具有优异的机械性能和导电性能。

通过第一性原理计算，可以确定这些材料的晶格参数、弹性常数和动力学稳定性。

研究还发现，过渡金属硼化物的电子结构与导电性能密切相关，其中一些材料甚至表现出金属-绝缘体转变的特性。

此外，导电性能还受到扭曲、应变和缺陷等外界因素的影响。

接下来，我们来看一下过渡金属氮化物的研究。

过渡金属氮化物是一类由过渡金属原子和氮原子构成的化合物。

研究发现，过渡金属氮化物具有良好的稳定性、硬度和導电性能。

通过第一性原理计算，可以研究这些材料的结构特征和稳定性。

此外，还可以研究它们的电子结构和密度。

研究表明，过渡金属氮化物的电子结构与导电性能密切相关，其中有一些材料表现出金属导电性，而另一些表现出半导体性质。

独特的电子结构和导电性能使得过渡金属氮化物在电池、催化剂和光电器件等领域有广泛的应用潜力。

最后，我们来看一下BC5化合物的研究。

BC5化合物是一种由硼、碳和氮原子构成的化合物。

通过第一性原理方法，可以研究BC5化合物的结构、弹性和电子性质。

研究发现，BC5化合物具有良好的稳定性和硬度。

此外，BC5化合物的电子结构显示出一些特殊的性质，如还原性和导电性。

研究还发现，BC5化合物的导电性能可以通过外界压力和应变等因素进行调控。

这些发现对于优化材料的性能和应用具有重要意义。

总之，第一性原理方法为研究过渡金属硼化物、氮化物和BC5化合物的结构、弹性和电子性质提供了重要工具。