Et nyt kapitel i en historie om nanoteknologiske supermaterialer

Gemt væk i en lille forskningspark nær NASAs Langley Research Center, ydersiden af ​​den moderne bygning ligner stort set ethvert nyt kontor. Men lige på den anden side af glas- og betonvæggene, der er en nanoteknologisk forskningsfacilitet, der summer af videnskabelig og teknologisk udvikling, der lover at forbedre vores verden – og bedre ruste os til at besøge andre verdener.

NIA Research and Innovation Laboratories i Hampton er hvor National Institute of Aerospace Research Fellow Dr. Cheol Park, NASAs Dr. Catharine Fay og et team af nanoteknologieksperter fra begge kendte organisationer arbejder sammen for at skabe og forbedre en banebrydende evne til at syntetisere højkvalitetsprøver af bornitrid-nanorør, også kendt som BNNT.

Først teoretiseret i 1994 af forskere ved UC Berkley, BNNT repræsenterer en ny klasse af materialer. Superstærke tekstillignende nanorør med udseende af bomuld, materialet har en molekylær rygrad, der er 100 gange stærkere end stål. Bornitrid nanorør er lige så stærke som de bedre kendte kulstof nanorør, men meget mere varmebestandig - op til 800° C eller 1472° F i luft. Materialet har også en iboende piezoelektrisk funktion - hvilket betyder, at det skaber elektricitet som følge af strækning eller vridning. Dette og andre egenskaber ved det multifunktionelle nanorør gør teknologien til en førsteklasses kandidat til applikationer lige fra varmeskjolde til den næste generation af rumfartøjer, til nye vandfiltreringsevner - selv potentielle kræftbehandlinger.

BNNT synteseekspertise er blevet udviklet gennem et samarbejde mellem National Institute of Aerospace, NASAs Langley Research Center og Jefferson Labs – alle baseret i Hampton Roads. Først produceret i 1995 på UC Berkley, BNNT-materiale af høj kvalitet har været notorisk svært at lave, fordi synteseprocessen er helt anderledes end kulstofnanorør. Selv for et år siden, du kunne bogstaveligt talt holde verdens forsyning af syntetiseret højkvalitets BNNT-materiale i én hånd i den første generation af NASA BNNT-laboratorium. Men denne sommer forskerne ved NIA og NASA skrev et nyt kapitel i bogen om BNNT-forskning.

I juli, Dr. Park og hans kolleger tændte for den nye BNNT videnskabsrig i NIA Research and Innovation Laboratories for dens første testkørsel. Det nye kammer har en ekstremt stabil laser og kan producere BNNT-prøver under tryk op til 1000 psi. På anlæggets første kørsel, den eksperimentelle opsætning producerede smukke, lang, tynde meget krystallinske rør, der ville minde den tilfældige observatør om spindelvæv (figur 1). "Selv uden optimering, det var materiale af meget høj kvalitet, " bemærkede Dr. Park. "Denne nye facilitet giver os en BNNT-synteseevne til at producere meget lange, nanorørfibre med meget lille diameter i en kvalitet, der er uovertruffen overalt i verden."

Det er kun begyndelsen for laboratoriets muligheder og for fremtiden for BNNT-applikationer. Forskere arbejder nu hårdt på at optimere udstyret og produktionsprocessen. Det nye specialbyggede højtrykskammer har flere porte til at overvåge og sondere synteseprocessen. "Denne in-situ diagnostiske evne vil hjælpe med at forstå vækstmekanismerne for BNNT for første gang og kan resultere i bedre kontrol over BNNT-materialeproduktionen, hvilket fører til storskalafremstilling af BNNT'er af høj kvalitet", sagde Dr. Sivaram Arepalli, Vicepræsident for uddannelse og outreach hos NIA.

Tilgængeligheden af ​​BNNT-materiale af høj kvalitet forventes at have en betydelig indvirkning på nye produkter på det forventede marked for multi-milliard-dollar nanorørapplikationer i de kommende år. Disse nylige forskningsfremskridt kan meget vel bane vejen for innovative applikationer, der forbedrer livet på jorden og udvider vores muligheder for at udforske rummet.