Los nanotubos de nitruro de boro solían ser difíciles de procesar.  No más

Los nanotubos de nitruro de boro solían ser difíciles de procesar. No más


23 de junio de 2022

(Noticias de Nanowerk) Según investigadores de la Universidad de Rice, los nanotubos de nitruro de boro solían ser difíciles de procesar. No más.

Un equipo de Rice dirigido por los profesores Matteo Pasquali y Angel Martí ha simplificado el manejo de los extremadamente valiosos nanotubos para hacerlos más adecuados para aplicaciones a gran escala, incluidas la aeroespacial, la electrónica y los materiales energéticamente eficientes. Una maraña de nanotubos de nitruro de boro sin procesar vistos a través de un microscopio electrónico de barrido Una maraña de nanotubos de nitruro de boro sin procesar vistos a través de un microscopio electrónico de barrido. Los científicos de la Universidad de Rice presentaron un método para combinarlos en fibras utilizando el proceso personalizado de hilado en húmedo que desarrollaron para producir fibras de nanotubos de carbono. (Imagen: Grupo de Investigación Pasquali/Universidad Rice)

Los investigadores se pusieron en contacto comunicación de la naturaleza («Liquid Crystals of Orderly Boron Nitride Nanotubes and Their Assembly into Ordered Macroscopic Materials») que los nanotubos de nitruro de boro, también conocidos como BNNT, se autoensamblan en cristales líquidos en las condiciones adecuadas, principalmente concentraciones superiores a 170 partes por millón en peso en clorosulfónico ácido.

Estos cristales líquidos están formados por BNNT alineados, que son mucho más fáciles de procesar que los nanotubos enredados que normalmente se forman en solución. El laboratorio procedió a formar fibras y películas a partir de las soluciones cristalinas líquidas.

«Las fibras BNNT son atractivas para la fabricación de una variedad de productos con aplicaciones que van desde dispositivos portátiles hasta vehículos aeroespaciales», dijo Martí, cuyo laboratorio desarrolló soluciones y ayudó a caracterizar las fibras fabricadas en el laboratorio de Pasquali.

Los nanotubos de nitruro de boro son como los nanotubos de carbono, pero alternan átomos de boro y nitrógeno en lugar de carbono en su red hexagonal. Ambos tipos de nanotubos son fuertes, pero a diferencia de los nanotubos de carbono eléctricamente conductores, los BNNT son buenos aislantes eléctricos y son térmica y químicamente estables en el aire hasta 900 grados Celsius (1652 grados Fahrenheit). Una fibra robusta de nanotubos de nitruro de boro visto bajo un microscopio electrónico de barrido Una fibra robusta de nanotubos de nitruro de boro visto bajo un microscopio electrónico de barrido. Las fibras resistentes al calor desarrolladas en la Universidad de Rice podrían ser útiles para aplicaciones aeroespaciales y electrónicas, y como materiales energéticamente eficientes. (Imagen: Grupo de Investigación Pasquali/Universidad Rice)

Para formar cristales líquidos, los investigadores tenían que asegurarse de que sus nanotubos estuvieran libres de contaminantes. Desafortunadamente, estos contaminantes eran principalmente piezas de nitruro de boro, que amenazaban con obstruir el trabajo.

«Las primeras muestras de BNNT contenían muchas estructuras de nitruro de boro que no eran nanotubos», dijo el estudiante de doctorado y autor principal Cedric Ginestra. “Estaban unidos químicamente a los BNNT o simplemente unidos físicamente de una manera que evitaba que los BNNT se dispersaran en ácido y se alinearan en concentraciones más altas.

«Es difícil separar estos alótropos de nitruro de boro de los BNNT, e incluso es difícil medir su concentración», dijo. «Todos los diferentes tipos de nitruro de boro parecen ser idénticos en prácticamente todas las técnicas cuantitativas que hemos probado hasta ahora».

Trabajar con su proveedor para optimizar su proceso de purificación de BNNT para la formación de soluciones cristalinas líquidas y usar un proceso de purificación desarrollado en el laboratorio de Pasquali les ayudó a obtener mejores lotes de BNNT, dijo. Una vez que se produjo un material adecuado, el grupo Pasquali estuvo listo para adaptar rápidamente sus técnicas de hilado en húmedo de fibra de nanotubos de carbono para producir los primeros filamentos de nitruro de boro utilizando el proceso.

«Ha habido informes de otros que tomaron bocanadas sólidas de BNNT y las estiraron y torcieron para hacer un hilo, pero eso es muy diferente de nuestro proceso», dijo Ginestra. «Nuestro objetivo era hacer una fibra muy alineada porque las propiedades son mejores a lo largo de los nanotubos».

Los cristales líquidos son el precursor ideal de las fibras porque los nanotubos que contienen ya están alineados, dijo. La orientación BNNT en los cristales líquidos se identificó microscópicamente por su birrefringencia, un fenómeno en el que los cristales dividen la luz en forma de prisma, incluso cuando parecen transparentes.

Las películas también mostraron cómo el procesamiento de la solución BNNT puede adoptar métodos desarrollados para nanotubos de carbono, dijo Ginestra. Estas películas delgadas transparentes podrían ser útiles en la electrónica de próxima generación. «Las propiedades de la lámina y las fibras de BNNT mejorarán a medida que mejore el material y nuestra comprensión de la solución cristalina líquida», dijo.

Martí señaló que las películas BNNT serían útiles como filtros de luz ultravioleta, recubrimientos antiincrustantes y protección contra la corrosión.



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