Forskere forbedrer bornitrid nanorør til næste generations kompositter

Bornitrid-nanorør er primet til at blive effektive byggesten til næste generations komposit- og polymermaterialer baseret på en ny opdagelse ved Rice University-og en tidligere.

Forskere fra kendt for nano-ris har fundet en måde at forbedre en unik klasse af nanorør ved hjælp af en kemisk proces, der var banebrydende på universitetet. Rice lab af kemiker Angel Martí udnyttede Billups-Birch reaktionsprocessen til at forbedre bornitrid nanorør.

Værket er beskrevet i American Chemical Society journal ACS -anvendte nanomaterialer .

Bornitrid nanorør, ligesom deres kulstofkusiner, er rullede ark med sekskantede arrays. I modsætning til carbon nanorør, de er elektrisk isolerende hybrider lavet af skiftevis bor- og nitrogenatomer.

Isolerende nanorør, der kan funktionaliseres, vil være en værdifuld byggesten til nanoingeniørprojekter, Sagde Martí. "Carbon nanorør har fremragende egenskaber, men du kan kun få dem i halvledende eller metallisk ledende typer, "sagde han." Bornitrid -nanorør er komplementære materialer, der kan udfylde det hul. "

Indtil nu, disse nanorør har stadigt modstået funktionalisering, "dekoration" af strukturer med kemiske tilsætningsstoffer, der gør det muligt at tilpasse dem til applikationer. Selve egenskaberne, der giver bornitrid nanorør styrke og stabilitet, især ved høje temperaturer, gør dem også svære at ændre til deres brug til fremstilling af avancerede materialer.

Men Billups-Birch-reaktionen udviklet af risprofessor emeritus i kemi Edward Billups, som frigør elektroner til at binde med andre atomer, gav Martí og hovedforfatter Carlos de los Reyes mulighed for at give de elektrisk inerte bornitrid -nanorør en negativ ladning.

At, på tur, åbnede dem for funktionalisering med andre små molekyler, herunder alifatiske kulstofkæder.

"Funktionalisering af nanorørene ændrer eller indstiller deres egenskaber, "Sagde Martí." Når de er uberørte, kan de spredes i vand, men når vi først fastgør disse alkylkæder, de er ekstremt hydrofobe (vandundgående). Derefter, hvis du putter dem i meget hydrofobe opløsningsmidler som dem med langkædede kulbrinter, de er mere dispergerbare end deres uberørte form.

"Dette giver os mulighed for at justere egenskaberne for nanorørene og vil gøre det lettere at tage det næste skridt mod kompositter, "sagde han." For det, materialerne skal være kompatible. "

Efter at han opdagede fænomenet, de los Reyes brugte måneder på at reproducere det pålideligt. "Der var en periode, hvor jeg var nødt til at reagere hver dag for at opnå reproducerbarhed, "sagde han. Men det viste sig at være en fordel, da processen kun krævede cirka en dag fra start til slut. "Det er fordelen i forhold til andre processer for at funktionalisere carbon nanorør. Der er nogle, der er meget effektive, men de kan tage et par dage. "

Processen begynder med tilsætning af ren ammoniakgas til nanorørene og afkøling til -70 grader Celsius (-94 grader Fahrenheit). "Når det kombineres med natrium, lithium eller kalium - vi bruger lithium - det skaber et hav af elektroner, "Sagde Martí." Når litiumet opløses i ammoniakken, det driver elektronerne ud. "

De frigjorte elektroner binder hurtigt med nanorørene og giver kroge til andre molekyler. De los Reyes forbedrede Billups-Birch, da han fandt ud af, at langsomt tilføjelse af alkylkæder, frem for alt på én gang, forbedret deres evne til at binde.

Forskerne opdagede også, at processen er reversibel. I modsætning til kulnanorør, der brænder væk, bornitrid nanorør kan tåle varmen. Placering af funktionaliserede bornitridrør i en ovn ved 600 grader Celsius (1, 112 grader Fahrenheit) fjernede dem fra de tilføjede molekyler og returnerede dem til deres næsten uberørte tilstand.

"Vi kalder det defunktionalisering, "Sagde Martí." Du kan funktionalisere dem til en applikation og derefter fjerne de kemiske grupper for at genvinde det uberørte materiale. Det er noget andet, materialet bringer, som er lidt anderledes. "