Beryllium oxide — ABC Chemicals

Бен Валслер

На этой неделе, как пара контрастных свойств привела к широкому спектру приложений для оксида бериллия. Вот Брайан Клегг.

Брайан Клегг

Многие из нас могут назвать первые три элемента, но к моменту, когда мы дойдем до четвертого, бериллия, вещи могут стать немного расплывчатыми, и когда мы перейдем к соединениям бериллия, наиболее заметным из которых является оксид бериллия, легко нарисовать пустой. Тем не менее, это простое неорганическое соединение BeO, которое называется псевдонимом бериллия и которое раньше называлось глюцином или оксидом глюцина, имеет впечатляющие физические свойства.

Beryllium oxide - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

Сам бериллий назван в честь минерального берилла, слова, который первоначально был термином общего назначения для кристалла — фактически, немецкий термин для очков, Brille, происходит от того же происхождения. Хотя бериллий знаком сейчас, OED дает его просто как синоним глюцина, который Хамфри Дэви придумал как вариант термина глюцина, впервые использованного французским химиком Луи-Николя Вокеленом в конце восемнадцатого века. Похоже, Дэви применил глюцин к оксиду бериллия в 1812 году, основываясь на термине Вокелина: «Глюцина — это соединение особого металлического вещества, которое можно назвать глюцином и кислородом». Весьма тревожно то, что, учитывая, что оксид бериллия является канцерогенным, глюкоза происходит от греческого слова «сладкий», γλυκύς (glykys), что предполагает некоторое случайное обращение с соединением в первые дни.

Белый порошок в чистом виде, оксид бериллия, имеет две хитрости: это очень эффективный электрический изолятор, и он лучше проводит тепло, чем что-либо еще, кроме алмаза. Может показаться, что эти две возможности находятся в оппозиции. В конце концов, свободные электроны, которые несут электричество, также могут переносить тепло, поэтому хорошие проводники электричества — представьте себе большинство металлов — часто являются хорошими проводниками тепла. Но кристаллический оксид бериллия (подобно алмазу) передает тепло в виде вибраций через связи между его атомами, которые достаточно жесткие, чтобы гарантировать, что при передаче мало энергии теряется.

Beryllium oxide - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

Быть таким хорошим изолятором дало оксиду бериллия роль в электронике. Мы склонны думать только о суперзвездных игроках здесь — о полупроводниках — но не менее важны вспомогательные роли проводников для переноса тока от компонента к компоненту и изоляторов для отделения компонентов друг от друга и от их окружения. Как очень эффективный изолятор, для предотвращения короткого замыкания цепи требуется только тонкий слой оксида бериллия — свойство, которое необходимо при возрастающей миниатюризации микросхем. Но это соединение вдвойне эффективно из-за его превосходной теплопроводности.

Большие полупроводниковые устройства генерируют значительное количество тепла от электрического сопротивления, и, хотя они предназначены для работы при температурах, близких к точке кипения воды, важно иметь возможность рассеивать часть этого тепла в окружающую среду — следовательно, знакомые поклонники внутри наших компьютеров. Это означает, что монтажная схема на изоляционном слое из оксида бериллия не только предотвращает короткие замыкания, но и позволяет теплу проходить через крепление. Это особенно важно в цепях, используемых для переключения высоких уровней мощности, где, как правило, возникают внезапные скачки тепла.

Beryllium oxide - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

Чтобы использовать оксид, его обычно «спекают» в керамику, применяя тепло и давление к порошку, обычно с помощью какого-либо агента, часто оксида лития. В то время как электроника обеспечивает наиболее широкое применение, соединение также появляется в других местах, где его двойные способности ценны. Наиболее экзотично, это использовалось в ракетных двигателях, чтобы выровнять сопла и в экспериментальных маленьких ядерных реакторах. В реакторах оксид бериллия действует как отражатель нейтронов, который отскакивает нейтроны от активной зоны обратно в него, увеличивая поток нейтронов, чтобы сделать реакцию жизнеспособной с меньшим количеством делящегося материала. В то же время оксид бериллия является замедлителем, замедляющим нейтроны, что ценно, так как медленные нейтроны необходимы для того, чтобы ядерное деление происходило. Типичные потенциальные применения этих компактных реакторов будут на кораблях или в космосе.

Керамический оксид бериллия также имеет хитрость — материал прозрачен для микроволн, поэтому его использовали как в окнах в устройствах, которые пропускают микроволны, так и в качестве защиты их антенн. Гораздо более приземлённо звучит роль компаунда в футеровочных тиглях для изготовления ионно-литиевых батарей и в термопасте — смазке, которая хорошо отводит тепло благодаря доле порошкообразного оксида бериллия в смеси.

Высокая температура плавления оксида бериллия, превосходная теплопроводность и хорошее электрическое сопротивление делают его ценным ресурсом в электронной промышленности и за ее пределами. Бериллий может быть легким элементом, но хотя с его оксидом следует обращаться осторожно, он сам по себе не легкий.

Бен Валслер

Брайан Клегг с оксидом бериллия. На следующей неделе, как недостатки могут производить драгоценные продукты.

Майк Фримантл

Поскольку янтарь является органическим, в отличие от большинства драгоценных камней, он обладает некоторыми уникальными свойствами. Например, я не могу думать о каком-либо продукте, кроме янтаря, который увеличивается в цене, когда в нем погребены мухи или другие насекомые.

Бен Валслер

Присоединяйтесь к Майку Фримантлу, чтобы узнать о янтаре. До тех пор, свяжитесь с нами обычными способами — пишите по электронной почте chemworld@rsc.org или пишите в Твиттер @chemistryworld. Спасибо за внимание, я Бен Валслер.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *