Kemikere finder en ny måde at befri bornitrid-nanorør for urenheder

De "ekstra ting", der normalt ødelægger kvaliteten og anvendeligheden af ​​nanorørene, er bornitridbure - hule kugleformede strukturer, der indkapsler borpartikler. En artikel offentliggjort i Journal of the American Chemical Society i 2013, der viste, at fosforsyre virkede som et bornitrid-befugtningsmiddel, inspirerede forskerne til at undersøge, om de kunne bruge syren til at fjerne burene.

"Vi forventede ikke en reaktion," sagde Martí, professor i kemi, bioteknik og materialevidenskab og nanoteknik, formand for kemi og fakultetsdirektør for Rice Emerging Scholars Program.

Og ved stuetemperatur skete der faktisk intet. Men da de varmede tingene op, fik forskerne en overraskelse.

"Da vi kiggede gennem mikroskopet, så vi ingen rør og ingen bure," sagde Martí. "I stedet var der pyramider."

Forskerne erfarede, at de høje temperaturer og syrekoncentrationer var ødelæggende for bornitridet, så de reviderede deres hypotese og i stedet sigtede mod at tune reaktionen til kun at ødelægge uønskede strukturer i materialet.

"Gennem en masse eksperimenter udviklede vi en helt ny retning for oprensning af nanorør," sagde Shumard. "Jeg har brugt meget tid foran et elektronmikroskop og har læst en masse papirer med billeder af bornitrid-nanorør. Det materiale, vi kan lave, er langt de reneste rør, jeg har set sammenlignet med andre."

Forskerne planlægger at fortsætte deres bestræbelser på at forbedre reaktionsudbyttet for at producere nok nanorør til at lave fibre, som kunne være et passende og mere bæredygtigt alternativ til stål.

"Nitrogen udgør 70% af vores atmosfære, og bor er meget rigeligt i klipper," sagde Shumard. "Dette arbejde kunne være et springbræt til meget bedre byggematerialer både med hensyn til styrke og med hensyn til bæredygtighed."

Strukturen af ​​bornitrid-nanorør er meget lig den af ​​carbonnanorør, og det samme er nogle af deres egenskaber såsom trækstyrke og varmeledningsevne. Bornitrid-nanorør er dog mere modstandsdygtige, og nogle af deres egenskaber er komplementære til deres kulstofmodstykker.

"For eksempel kan kulstof nanorør være elektriske ledere eller halvledere, mens bornitrid nanorør er isolatorer," sagde Martí. "Videnskaben om bornitrid nanorør er ikke så veludviklet som videnskaben om kulstof nanorør - et hul, vi håbede at adressere i vores forskning, fordi vi mener, at evnen til at producere rene bornitrid nanorør effektivt og pålideligt kunne være vigtig for en bred vifte af industrier."

Flere oplysninger: Kevin R. Shumard et al., Reactivity of Boron Nitride Nanomaterials with Phosphoric Acid and Its Application in the Purification of Boron Nitride Nano Tubes, Chemistry of Materials (2023). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c01424

Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society , Materialernes kemi

Leveret af Rice University