Du er ikke så hård, h-BN

Hexagonal bornitrid er sejt, men Rice University-forskere gør det lettere at omgås.

Todimensional h-BN, et isolerende materiale også kendt som "hvid grafen, "er fire gange stivere end stål og en fremragende varmeleder, en fordel for kompositter, der er afhængige af det for at forbedre deres egenskaber.

Disse egenskaber gør også h-BN svær at ændre. Dens tætte sekskantede gitter af vekslende bor- og nitrogenatomer er meget modstandsdygtig over for forandringer, i modsætning til grafen og andre 2-D-materialer, der let kan modificeres - aka funktionaliseres - med andre elementer.

Kemikeren Angel Martí's rislaboratorium har offentliggjort en protokol til at forbedre h-BN med kulstofkæder. Disse gør den 2-D hårde fyr til et materiale, der bevarer sin styrke, men er mere modtageligt for binding med polymerer eller andre materialer i kompositter.

Laboratoriets papir i American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry foreslår, at h-BN også kan gøres mere dispergerbart i organiske opløsningsmidler. Martí og hans team ændrede Billups-Birch-reaktionsprocessen, som de med succes havde brugt til at ændre bornitrid-nanorør til at angribe forsvaret af h-BN og kovalent binde kulstof.

Birk reduktion, opdaget i 1940'erne og forbedret i 2004 af risprofessor emeritus i kemi Edward Billups for at funktionalisere kulstofnanorør, frigør elektroner til at binde med andre atomer. I risprocessen, Martí og hans team kan kontrollere mængden af ​​h-BN-funktionalisering ved at variere mængden af ​​lithium i reaktionen.

Lithium er et alkalimetal, der afgiver frie elektroner, når det kombineres med flydende ammoniak. Blandet med h-BN flager og en kulstofkilde, 1-Bromododecan i dette tilfælde, reaktionen producerer et alkylradikal, en kemisk art, der reagerer med h-BN og danner en binding.

Martí sagde, at det er den bedste metode, der er fundet indtil videre til at ændre h-BN, som modstår forandring selv under høje temperaturer. "Du tager en lille smule grafit og sætter det i en ovn ved 800 grader (Celsius), og det vil være væk, " sagde han. "Du tager hexagonal bornitrid og gør det samme, og det vil stadig være der og smile til dig.

"Det giver dig en idé om, hvor stabil den er, og det er det problem, vi ønskede at løse, " sagde Martí. "Materialet er godt til visse applikationer, men for at kontrollere dens egenskaber til fremstilling, du skal pode forskellige grupper på overfladen."

Han sagde, at et 20-til-1 molforhold mellem lithium og h-BN optimerede processen med at pode kulstofkæder til overfladen og kanterne.

Fordi basen h-BN forbliver stabil under høje temperaturer, den kan bringes tilbage til sin uberørte tilstand ved blot at brænde de funktionelle kæder af.

Mens h-BN er naturligt hydrofilt (vandtiltrækkende), de funktionelle kulstoffer gør dem næsten superhydrofobe (vandundgående), en god egenskab til fremstilling af beskyttelsesfilm, sagde Martí. Men selv når det er forbedret, flagerne forbliver modtagelige for dispersion i ikke-polære opløsningsmidler.

Martí sagde, at hans gruppe er ved at udforske, hvilke andre slags molekyler der kan podes på hvid grafen. "Hvad med benzengrupper? Hvad med ethere? Hvad med grupper, der vil gøre det kompatibelt med andre materialer?

"Der er stor interesse for at lave kompositmaterialer mellem h-BN, bornitrid nanorør og polymerer, sagde han. Til sidst, vi vil gerne pode forskellige grupper ind på h-BN og bygge et bibliotek, en slags værktøjskasse, af funktionelle grupper, der kan bruges med disse materialer."