Zeshoekig boornitride is taai, maar wetenschappers van Rice University maken het gemakkelijker om mee om te gaan.

Tweedimensionaal h-BN, een isolatiemateriaal ook wel bekend als "wit grafeen, " is vier keer stijver dan staal en een uitstekende warmtegeleider, een voordeel voor composieten die erop vertrouwen om hun eigenschappen te verbeteren.

Die eigenschappen maken h-BN ook moeilijk aan te passen. Het strakke zeshoekige rooster van afwisselende boor- en stikstofatomen is zeer goed bestand tegen verandering, in tegenstelling tot grafeen en andere 2D-materialen die gemakkelijk kunnen worden aangepast - oftewel gefunctionaliseerd - met andere elementen.

Het Rice-lab van scheikundige Angel Martí heeft een protocol gepubliceerd om h-BN te versterken met koolstofketens. Deze maken van de 2D-taaie kerel een materiaal dat zijn sterkte behoudt, maar beter geschikt is voor hechting met polymeren of andere materialen in composieten.

De paper van het lab in de American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry suggereert dat h-BN ook meer dispergeerbaar kan worden gemaakt in organische oplosmiddelen. Martí en zijn team hebben het Billups-Birch-reactieproces aangepast dat ze met succes hadden gebruikt om boornitride-nanobuisjes te veranderen om de verdediging van h-BN aan te vallen en covalente koolstoffen te hechten.

Berken reductie, ontdekt in de jaren 1940 en verbeterd in 2004 door Rice Professor Emeritus of Chemistry Edward Billups om koolstofnanobuisjes te functionaliseren, maakt elektronen vrij om te binden met andere atomen. In het rijstproces, Martí en zijn team kunnen de hoeveelheid h-BN-functionalisatie regelen door de hoeveelheid lithium in de reactie te variëren.

Lithium is een alkalimetaal dat vrije elektronen afgeeft in combinatie met vloeibare ammoniak. Gemengd met h-BN vlokken en een koolstofbron, 1-Bromododecaan in dit geval, de reactie produceert een alkylradicaal, een chemische soort die reageert met h-BN en een binding maakt.

Martí zei dat dit de beste methode is die tot nu toe is gevonden om h-BN aan te passen. die bestand is tegen verandering, zelfs bij hoge temperaturen. "Je neemt een klein beetje grafiet en stopt het in een oven op 800 graden (Celsius), en het zal weg zijn, "zei hij. "Je neemt zeshoekig boornitride en doet hetzelfde, en het zal er nog steeds naar je glimlachen.

"Dat geeft je een idee van hoe stabiel het is, en dat is het probleem dat we wilden aanpakken, " zei Martí. "Het materiaal is goed voor bepaalde toepassingen, maar om zijn eigenschappen voor productie te beheersen, je moet verschillende groepen op het oppervlak enten."

Hij zei dat een 20-tegen-1 molaire verhouding van lithium tot h-BN het proces van het enten van koolstofketens aan het oppervlak en de randen heeft geoptimaliseerd.

Omdat de basis h-BN stabiel blijft onder hoge temperaturen, het kan in zijn oorspronkelijke staat worden teruggebracht door simpelweg de functionele ketens af te branden.

Hoewel h-BN van nature hydrofiel is (wateraantrekkend), de functionele koolstoffen maken ze bijna superhydrofoob (watervermijdend), een goede eigenschap voor het maken van beschermende films, zei Mart. Maar zelfs wanneer verbeterd, de vlokken blijven vatbaar voor dispersie in niet-polaire oplosmiddelen.

Martí zei dat zijn groep onderzoekt welke andere soorten moleculen op wit grafeen kunnen worden geënt. "Hoe zit het met benzeengroepen? Hoe zit het met ethers? Hoe zit het met groepen die het compatibel maken met andere materialen?

"Er is veel interesse in het maken van composietmaterialen tussen h-BN, boornitride nanobuizen en polymeren, "zei hij. "Uiteindelijk, we willen verschillende groepen enten op h-BN en een bibliotheek bouwen, een soort gereedschapskist, van functionele groepen die met deze materialen kunnen worden gebruikt."