Wurtzite Boron Nitride (w-BN) là dạng cấu trúc tinh thể hiếm nhất và khắc nghiệt nhất của hợp chất Boron Nitride. Đây là một loại vật liệu siêu cứng, được hình thành dưới áp suất cực lớn từ các vụ va chạm thiên thạch hoặc được tổng hợp nhân tạo thông qua các vụ nổ có kiểm soát.

Về mặt lý thuyết, w-BN được dự đoán là có thể cứng hơn cả kim cương.

• Cấu trúc tinh thể đặc biệt

Trong khi h-BN có cấu trúc lớp (giống than chì) và c-BN có cấu trúc lập phương (giống kim cương), thì w-BN có cấu trúc Wurtzite (lục giác xếp chặt).

• Sự sắp xếp nguyên tử: Các nguyên tử Bo và Nitơ được liên kết theo mạng lưới lục giác 3 chiều.
• Mật độ liên kết: Liên kết trong w-BN cực kỳ ngắn và mạnh. Khi bị nén dưới áp suất, các liên kết này có xu hướng trở nên bền vững hơn, tạo ra hiệu ứng “tự gia cường”.
  • Những đặc tính gây kinh ngạc

w-BN sở hữu những thông số vật lý khiến nó trở thành tâm điểm của các nghiên cứu vật liệu tiên tiến:

• Độ cứng cực đại: Một số nghiên cứu và mô phỏng máy tính cho thấy w-BN có độ cứng chống nén (indentation strength) cao hơn kim cương khoảng 18%. Tuy nhiên, điều này vẫn đang được kiểm chứng trong thực tế vì rất khó để tạo ra các tinh thể w-BN đủ lớn để đo đạc chính xác.
• Độ bền nhiệt: Giống như các dạng BN khác, w-BN chịu nhiệt cực tốt, ổn định hơn kim cương trong môi trường oxy hóa ở nhiệt độ cao.
• Tính linh hoạt cơ học: Mặc dù siêu cứng, nhưng cấu trúc w-BN có khả năng chịu ứng suất cắt (shear stress) tốt hơn cả kim cương, giúp nó ít bị giòn gãy hơn trong một số điều kiện nhất định.
  • Ứng dụng trong sản xuất và Nghiên cứu

Do việc tổng hợp w-BN rất khó khăn và tốn kém, nó chưa được sử dụng phổ biến như c-BN, nhưng đang mở ra những hướng đi mới:

• Dụng cụ cắt gọt thế hệ mới: Sử dụng trong các đầu mũi khoan siêu cấp có thể xuyên thủng những loại vật liệu cứng nhất mà hiện nay kim cương hay c-BN vẫn gặp khó khăn.
• Sản xuất vật liệu composite: Thêm bột w-BN vào các hỗn hợp gốm khác để tạo ra các loại vật liệu lai có độ bền va đập và độ cứng vượt trội.
• Công nghệ vũ trụ: Nhờ khả năng chịu được các cú va chạm áp suất cao và nhiệt độ cực lớn, nó được nghiên cứu để làm lớp phủ bảo vệ cho các thiết bị ngoài không gian.
  • So sánh nhanh với các vật liệu “Siêu cứng”

• Thách thức lớn nhất

• Hiện nay, rào cản lớn nhất để ứng dụng w-BN vào sản xuất hàng loạt là quy trình tổng hợp. Để tạo ra w-BN, người ta cần áp suất lên đến hàng chục Gigapascal (GPa). Hầu hết w-BN thu được hiện nay chỉ ở dạng bột mịn hoặc tinh thể siêu nhỏ (nanocrystals).
• Nếu công nghệ sản xuất w-BN trở nên rẻ hơn, nó có thể thay thế hoàn toàn kim cương trong các ngành công nghiệp nặng.