Ny metode hjælper med at eksfoliere hexagonale bornitrid-nanoark

Kinesiske forskere rapporterede for nylig om en innovativ mekanisk proces til kontrollerbar eksfoliering af hexagonale bornitrid-nanoplader (h-BNNS'er). Denne metode, kendt som "vand-ising-udløst eksfolieringsproces", blev foreslået af prof. Zhang Junyans gruppe fra Lanzhou Institute of Chemical Fysik (LICP) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS).

h-BNNS, med en honeycomb-lignende struktur svarende til grafen, viser fremragende kemiske og fysiske egenskaber, såsom høj varmeledningsevne, god modstandsdygtighed over for oxidation, bemærkelsesværdig mekanisk styrke, en lav dielektrisk konstant, fremragende smøreevne, fremragende biokompatibilitet og optiske egenskaber .

I betragtning af disse egenskaber er h-BNNS'er lovende materialer til forskellige anvendelser, herunder højtydende elektroniske enheder, dielektriske substrater, termisk styring, smøring, sensorer, katalysatorer og sorbenter. Som følge heraf er det et presserende behov at udvikle en enkel, kontrollerbar og skalerbar metode til at producere h-BNNS'er af høj kvalitet til kommercielle applikationer.

I deres nye forskning foreslog ZHANG og hans team en skalerbar og kontrollerbar tilgang til at eksfoliere højkvalitets h-BNNS'er fra h-BN-flager.

"Denne metode er afhængig af effektiv reduktion af h-BNNS-mellemlagsinteraktion ved hurtig volumenudvidelse af vand i isdannelse," sagde Zhang.

Generelt kan h-BNNS'er fremstilles ved hjælp af en proces med kemisk dampaflejring (CVD) og fysisk eksfoliering. CVD kan producere enkelt-krystal monolag h-BNNS'er i wafer-skala, mens den fysiske eksfolieringsproces kan opnå skalerbar produktion af små h-BNNS'er.

Baseret på simuleringer af molekylær dynamik foreslog forskerne, at -OH-grupper kan forårsage lokal strukturel forvrængning i defekterne/kanterne af h-BN-flager for at danne en "indgang" for vandmolekyler, der kommer ind i h-BNNS-mellemlaget. Dette giver igen et tilstrækkeligt antal relativt langlivede hydrogenbindinger, der kan generere forholdsvis kompakte initiale kerner til iskernedannelse.

De oprindelige kerner ændrer sig derefter langsomt i form og størrelse, indtil de når et stadie, der tillader hurtig ekspansion, når temperaturen falder kraftigt. Dette resulterer i en stigning i mellemlagsafstand og reduktion af mellemlagskræfter mellem tilstødende h-BNNS-lag samt effektiv eksfoliering af h-BNNS'er under efterfølgende ultralydbehandling.

"Ved at justere parametrene kan denne eksfolieringsproces bruges til at producere store mængder af forskellige h-BNNS'er af høj kvalitet," sagde Dr. An Lulu, førsteforfatter af undersøgelsen.

"Denne metode tilbyder en miljøvenlig metode til at eksfoliere h-BNNS'er med kontrollerbar tykkelse ved en hurtig vandfrysning og efterfølgende ultralydbehandlingsproces. Disse h-BNNS'er, som er opnået, kan bruges som polymeradditiver, termisk ledende fyldstoffer og flammehæmmere," sagde Prof. Yu Yuanlie, tilsvarende forfatter til undersøgelsen.

Denne undersøgelse blev offentliggjort i Cell Reports Physical Science . + Udforsk yderligere

Forskere udvikler en kompositmembran til zinkbaserede flowbatterier med lang levetid