ホウ化カルシウム （Calcium boride, CaB6）材料と製造

ホウ化カルシウム （Calcium boride, CaB6）材料と製造

ホウ化カルシウム （Calcium boride, CaB6）は、化学式CaB6のカルシウムとホウ素の化合物です。 導電性、硬度、化学的安定性、融点が高い材料です。 また、低密度の黒色で光沢のある、化学的に不活性な粉末です。 これは、金属六ホウ化物に典型的な立方体構造を持ち、カルシウム原子と結合した 6 つのホウ素原子の八面体単位を持っています。 CaB6 とランタンをドープした CaB6 はどちらも弱い強磁性特性を示します。これは注目に値する事実です。なぜなら、カルシウムとホウ素は磁性を持たず、通常は強磁性に必要な 3d または 4f 電子殻も持たないからです。

ホウ化カルシウム（Calcium boride, CaB6） の結晶構造は、細胞中心にカルシウムがある立方格子であり、頂点で B-B 結合によって結合されたホウ素原子のコンパクトな正八面体であり、3 次元のホウ素ネットワークを形成します。 各カルシウムには 24 個の最隣接ホウ素原子があります。  立方体の頂点に位置する 8 個のカルシウム原子のグループ間に穴があるように、カルシウム原子は単純な立方体パッキングで配置されます。 単純な立方構造は、八面体 B6 グループの導入によって拡張され、その構造はカルシウムと六ホウ化物グループの CsCl のようなパッキングです。 ホウ化カルシウム を説明する別の方法は、CsCl 型構造に金属と B62- 八面体高分子陰イオンを持ち、カルシウム原子が Cs サイトを占有し、B6 八面体が Cl サイトを占有することです。 Ca-B 結合長は 3.05 Å で、B-B 結合長は 1.7 Å です。

カルシウムは地殻に含まれる元素のうち5番目に豊富で、金属の中では鉄、アルミニウムに続いて3番目に豊富であると言われています。アルカリ土類金属に属し、空気にさらされると黒色の酸化物 - 窒化物層を形成する物理化学的性質は、より重い質量を持つストロンチウムまたはバリウムに似ています。

地殻に含まれる元素のうち5番目に豊富で、金属の中では鉄、アルミニウムに続いて3番目に豊富で、石灰石や地球初期の海の生物の化石でも発見されます。自然界で最も一般的に見られるカルシウム化合物としては炭酸カルシウム塩があります。ホウ化カルシウム はカルシウムボリドとも呼ばれ、式CaB6のカルシウムとホウ素の化合物です。高い導電性、硬度、化学的安定性および融点のために重要な材料です。また、密度の低い黒色の光沢で化学的に不活性な粉末です。

CaB6 は、超伝導、価数ゆらぎ、近藤効果などのさまざまな特異な物性のために、過去様々に研究されてきました。ただし、CaB6 の最も顕著な特性は、その強磁性です。予想外に高い温度 (600 K) と低い磁気モーメントで発生します。この高温強磁性の起源は、希薄電子ガスの強磁性相、ホウ化カルシウムの推定励起子状態への結合、またはサンプル表面の外部不純物です。不純物には鉄とニッケルが含まれている可能性があり、おそらくサンプルの調製に使用されたホウ素の不純物に由来します。

CaB6 は、H2O、MeOH (メタノール)、および EtOH (エタノール) には不溶で、酸にはゆっくりと溶解します。その微小硬度は 27 GPa、ヌープ硬度は 2600 kg/mm2)、ヤング率は 379 GPa、純粋な結晶の電気抵抗率は 2・1010 Ω・m 以上です。 CaB6 は、エネルギーギャップが 1.0 eV と推定される半導体です。多くの CaB6 サンプルの低い半金属伝導率は、不純物による意図しないドーピングと非化学量論的可能性によって説明できます。

ホウ化カルシウム (Calcium boride)の材料と利用

ホウ化カルシウム （CaB6）は、超伝導、価額変動、コンド効果などの物理的特性が研究分野で注目されています。 しかし、最も注目すべき特性は強磁性です。 これらの強磁性は、高温（600k）と低磁気モーメント（with low magnetic moment）で発生します。 高温で使用すると酸化され、物性が低下し、使用寿命が短くなります。

ホウ化カルシウム （CaB6）は、力率が一般的な熱電材料Bi2Te3およびPbTeより高いか類似しているため、n型熱電材料の有望な候補です。 また、ＣａＢは炭素結合耐火物の酸化防止剤として使用されます。

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