Oprettelse af varmetolerante, stabile bornitrid nanorørfibre

Et Rice University-team ledet af professorerne Matteo Pasquali og Angel Martí har forenklet håndteringen af ​​de meget værdifulde nanorør for at gøre dem mere velegnede til store applikationer, herunder rumfart, elektronik og energieffektive materialer.

Forskerne rapporterede i Nature Communications at bornitrid-nanorør, også kaldet BNNT'er, samler sig selv til flydende krystaller under de rette betingelser, primært koncentrationer over 170 ppm efter vægt i chlorsulfonsyre.

Disse flydende krystaller består af justerede BNNT'er, der er langt lettere at behandle end de sammenfiltrede nanorør, der normalt dannes i opløsning. Laboratoriet fortsatte med at danne fibre og film fra de flydende krystallinske opløsninger.

"BNNT-fibre er attraktive til fremstilling af en række forskellige produkter, med anvendelser, der spænder fra wearables til rumfartskøretøjer," sagde Martí, hvis laboratorium designede løsninger og hjalp med at karakterisere de fibre, der blev produceret i Pasqualis laboratorium.

Bornitrid nanorør er ligesom kulstof nanorør, men med alternerende bor- og nitrogenatomer i stedet for kulstof i deres sekskantede gitter. Begge typer nanorør er stærke, men i modsætning til elektrisk ledende kulstofnanorør er BNNT'er gode elektriske isolatorer og er termisk og kemisk stabile i luft op til 900 grader Celsius (1.652 grader Fahrenheit).

For at danne flydende krystaller skulle forskerne være sikre på, at deres nanorør var fri for forurenende stoffer. Desværre var disse forurenende stoffer for det meste stykker bornitrid, der truede med at tygge værket.

"Tidlige BNNT-prøver indeholdt masser af ikke-nanorør bornitrid-strukturer," sagde kandidatstuderende og hovedforfatter Cedric Ginestra. "De var enten kemisk bundet til BNNT'erne eller blot fysisk adhæreret på en måde, der forhindrede BNNT'er i at sprede sig i syre og tilpasse sig i højere koncentrationer.

"Det er svært at adskille disse bornitrid-allotroper fra BNNT'er, og det er svært selv at måle deres koncentration," sagde han. "Alle de forskellige typer bornitrid ser ud til at være identiske ved stort set alle kvantitative teknikker, som vi hidtil har prøvet."

At arbejde med deres leverandør for at optimere deres BNNT-oprensningsproces til dannelse af flydende krystallinske opløsninger og ved at bruge en oprensningsproces udviklet i Pasquali-laboratoriet hjalp dem med at opnå bedre partier af BNNT'er, sagde han. Da først passende materiale var produceret, blev Pasquali-gruppen klaret til hurtigt at tilpasse sine vådspinningsteknikker til carbonnanorørfibre for at lave de første bornitridtråde med processen.

"Der er rapporter om andre, der tager solide pust af BNNT'er og strækker og snoer dem for at lave et garn, men det er meget forskelligt fra vores proces," sagde Ginestra. "Vores mål var at lave en meget højt justeret fiber, fordi egenskaberne er bedre langs længden af ​​nanorørene."

Flydende krystaller er den ideelle forløber for fibre, fordi nanorørene indeni allerede er justeret, sagde han. BNNT-justering i de flydende krystaller blev identificeret mikroskopisk ved deres dobbeltbrydning, et fænomen, hvorved krystaller splitter lys, prisme-lignende, selvom de ser ud til at være klare.

Filmene demonstrerede også, hvordan BNNT-løsningsbehandling kan vedtage metoder udviklet til kulstofnanorør, sagde Ginestra. Sådanne gennemsigtige tynde film kan være nyttige i næste generations elektronik. "BNNT-film- og fiberegenskaberne vil forbedres, efterhånden som materialet og vores forståelse af den flydende krystallinske opløsning forbedres," sagde han.

Martí bemærkede, at BNNT-film ville være nyttige som filtre til ultraviolet lys, antifouling-belægninger og til korrosionsbeskyttelse. + Udforsk yderligere

Eksotiske nanorør bevæger sig på mindre mystiske måder