Lidt sæbe forenkler fremstillingen af ​​2-D nanoflager

Bare en lille smule sæbe hjælper med at rydde op i den udfordrende proces med at fremstille todimensionelt hexagonalt bornitrid (hBN).

Rice University kemikere har fundet en måde at få den maksimale mængde af kvalitets 2-D hBN nanoark fra dens naturlige bulkform ved at behandle det med overfladeaktivt middel (alias sæbe) og vand. Det overfladeaktive middel omgiver og stabiliserer de mikroskopiske flager, bevare deres egenskaber.

Eksperimenter udført af Rice-kemikeren Angel Martí's laboratorium identificerede "sweet spot" til fremstilling af stabile dispersioner af hBN, som kan forarbejdes til meget tynde antibakterielle film, der håndterer temperaturer op til 900 grader Celsius (1, 652 grader Fahrenheit).

Arbejdet ledet af Martí, alumna Ashleigh Smith McWilliams og kandidatstuderende Cecilia Martínez-Jiménez er detaljeret i American Chemical Society journal ACS anvendte nanomaterialer .

"Bornitridmaterialer er interessante, især fordi de er ekstremt modstandsdygtige over for varme, " sagde Martí. "De er lige så lette som grafen og kulstof nanorør, men du kan sætte hBN i en flamme, og der sker ikke noget med det."

Han sagde, at bulk-hBN er billigt og nemt at få, men at bearbejde det til mikroskopiske byggesten har været en udfordring. "Det første skridt er at være i stand til at eksfoliere og sprede dem, men forskning i, hvordan man gør det, er blevet spredt, " sagde Martí. "Da vi besluttede at sætte et benchmark, Vi fandt ud af, at de processer, der har været ekstremt nyttige for grafen og nanorør, ikke fungerer så godt for bornitrid."

Sonikering af bulk hBN i vand eksfolierede materialet med succes og gjorde det opløseligt. "Det overraskede os, fordi nanorør eller grafen bare flyder ovenpå, " sagde Martí. "HBN spredte sig overalt, selvom de ikke var særlig stabile.

"Det viste sig, at grænserne for bornitridkrystaller er lavet af amin- og nitrogenoxidgrupper og borsyre, og alle disse grupper er polære (med positiv eller negativ ladning), " sagde han. "Så når du eksfolierer dem, kanterne er fulde af disse funktionelle grupper, der virkelig kan lide vand. Det sker aldrig med grafen."

Eksperimenter med ni overfladeaktive stoffer hjalp dem med at finde den helt rigtige type og mængde for at forhindre 2-D hBN i at klumpe sig uden at skære individuelle flager for meget under sonikering. Forskerne brugte 1 vægtprocent af hvert overfladeaktivt stof i vand, tilsat 20 milligram bulk hBN, derefter omrørt og lydbehandlet blandingen.

Spinning af de resulterende opløsninger ved lave og høje hastigheder viste, at det største udbytte kom med det overfladeaktive middel kendt som PF88 under 100-tyngdekraftscentrifugering, men nanoark af højeste kvalitet kom fra alle de ioniske overfladeaktive stoffer under 8 år, 000 g centrifugering, med den største stabilitet fra almindelige ioniske overfladeaktive stoffer SDS og CTAC.

DTAB - en forkortelse for dodecyltrimethylammoniumbromid - under høj centrifugering viste sig bedst til at balancere udbyttet og kvaliteten af ​​2-D hBN. Forskerne producerede også en gennemsigtig film fra hBN nanoark spredt i SDS og vand for at demonstrere, hvordan de kan forarbejdes til nyttige produkter.

"Vi beskriver de trin, du skal gøre for at producere hBN-flager af høj kvalitet, " sagde Martí. "Alle trinene er vigtige, og vi var i stand til at bringe konsekvenserne af hver enkelt frem i lyset."