Борид гадолиния

Ждем ваш запрос по e-mail.

Борид гадолиния (гексаборид гадолиния, GdB₆) — тугоплавкое неорганическое соединение гадолиния с бором. Выпускается в виде порошка тёмно-серого цвета. Расфасовывается в банки из тёмного стекла или непрозрачного пластика. Производство регламентируется ТУ 6-09-03-239-81.

Состав и форма поставки

Химический состав по ТУ 6-09-03-239-81:

Компонент	Содержание
Гадолиний (Gd)	≥ 68,7%
Бор (B)	≥ 28,5%
Углерод общий	≤ 0,20%
в том числе свободный	≤ 0,18%

Гранулометрический состав (ситовой): не более 56 мкм. Поставляется в банках из тёмного стекла или непрозрачного пластика. Минимальная фасовка — от 50 г.

Кристаллическая структура GdB₆

Гексаборид гадолиния кристаллизуется в кубической структуре типа CaB₆ (пространственная группа Pm3m). Шесть атомов бора образуют октаэдрический каркас вокруг иона Gd³⁺. Этот высококовалентный боровый каркас обеспечивает соединению исключительную механическую прочность и термическую стабильность: при выдержке в среде аргона до 2100 °C фазовых превращений не наблюдается.

Кубическая ячейка является общей для всего семейства гексаборидов редкоземельных элементов: LaB₆, CeB₆, SmB₆, GdB₆ и других. Параметр решётки GdB₆ составляет около 4,11 Å.

Физические и механические свойства

Свойство	Значение
Молекулярная масса	222,1 а.е.м.
Температура плавления	2510 °C
Твёрдость по Виккерсу (спечённая керамика)	~18,9 ГПа (~1930 HV)
Модуль упругости (спечённая керамика)	209 ГПа
Теплопроводность (25 °C)	28,7 Вт/(м·К)
Объёмный модуль (при сжатии)	177 ГПа

GdB₆ — твёрдый и хрупкий тугоплавкий керамический материал. Как и все гексабориды редких земель, он характеризуется высокой механической прочностью и хорошей химической стойкостью. Вязкость разрушения спечённой керамики — около 1,6 МПа·м^1/2.

Электрические свойства и работа выхода электронов

Ключевое функциональное свойство GdB₆ — низкая работа выхода электронов: ~2,05 эВ. Это наименьшее значение среди всех боридов редкоземельных элементов, сопоставимое с работой выхода щелочных металлов (калий, рубидий, цезий). Именно это свойство определяет применение GdB₆ в электронной технике: катодный материал с такой работой выхода даёт высокую плотность термоэмиссионного тока при относительно низких температурах нагрева.

GdB₆ обладает металлическим типом проводимости (удельное сопротивление — порядка 10⁻⁵ Ом·см при комнатной температуре). Материал устойчив к радиационному воздействию.

Химическая стойкость

GdB₆ не растворяется в воде и органических растворителях. В инертной атмосфере (аргон, вакуум) сохраняет кристаллическую структуру до температур выше 2100 °C без фазовых превращений.

Магнитные свойства и ядерные характеристики

При комнатной температуре GdB₆ ведёт себя как парамагнетик с поведением Кюри–Вейсса. Ниже температуры Нееля (~15–16 К) соединение переходит в антиферромагнитное упорядочение. Свойства металлического гадолиния (ферромагнетик ниже 20 °C) в соединении GdB₆ не воспроизводятся — уникальное электронное окружение иона Gd³⁺ в кубической матрице кардинально меняет магнитное поведение.

С точки зрения ядерной физики, природный гадолиний обладает исключительно высоким сечением захвата тепловых нейтронов: изотоп ¹⁵⁷Gd — ~254 000 барн (наибольшее значение среди стабильных нуклидов), ¹⁵⁵Gd — ~60 900 барн. Сечение природного гадолиния в целом — порядка 49 000 барн. Это значение на 1–2 порядка превышает большинство конструкционных материалов и определяет применение GdB₆ в ядерной технике.

Оптические свойства: поглощение ближнего ИК-излучения

GdB₆ демонстрирует высокое пропускание в видимом диапазоне при значительном поглощении ближнего инфракрасного (NIR) излучения. Это делает его перспективным компонентом прозрачных функциональных покрытий и плёнок для солнечного контроля (тепловая защита окон), где требуется сочетание оптической прозрачности и поглощения тепловой части солнечного спектра.

Применение гексаборида гадолиния

Катоды для мощных электронных пушек и рентгеновского оборудования

Основное промышленное применение GdB₆ — изготовление катодов мощных электронных пушек и рентгеновских установок. Низкая работа выхода (~2,05 эВ) обеспечивает высокую плотность эмиссионного тока. Материал применяется как в виде монокристаллов (для наиболее высокоточных устройств), так и в виде поликристаллической спечённой керамики. Стабильность кубической фазы при высоких температурах эксплуатации — важный фактор надёжности катода.

Схожие задачи решают борид лантана (LaB₆) и гексаборид церия (CeB₆) — ближайшие аналоги GdB₆ в этой группе применений с несколько иными профилями свойств.

Ядерная энергетика и нейтронная защита

Исключительно высокое сечение захвата тепловых нейтронов делает соединения гадолиния незаменимыми в ядерной технике: нейтронная защита, поглотители в аварийных системах останова реакторов, нейтронная диагностика. GdB₆ — устойчивая твёрдая форма, удобная для изготовления конструктивных элементов с нейтронно-поглощающими свойствами.

Функциональные покрытия с NIR-поглощением

Благодаря сочетанию высокого пропускания в видимом диапазоне и поглощения ближнего ИК-излучения GdB₆ исследуется как компонент нанопокрытий для остекления, обеспечивающих солнечный контроль без значимого снижения световой прозрачности.

Условия поставки

Борид гадолиния поставляется по ТУ 6-09-03-239-81 в расфасовке от 50 г в банках из тёмного стекла или непрозрачного пластика. Для уточнения объёма партии, сроков и условий — направьте запрос по e-mail.