Slechts een beetje zeep helpt bij het opruimen van het uitdagende proces van het bereiden van tweedimensionaal hexagonaal boornitride (hBN).

Chemici van Rice University hebben een manier gevonden om de maximale hoeveelheid hoogwaardige 2-D hBN-nanobladen uit zijn natuurlijke bulkvorm te halen door deze te verwerken met oppervlakteactieve stof (ook bekend als zeep) en water. De oppervlakteactieve stof omringt en stabiliseert de microscopisch kleine vlokken, hun eigendommen behouden.

Experimenten door het laboratorium van rijstchemicus Angel Martí identificeerden de "sweet spot" voor het maken van stabiele dispersies van hBN, die kunnen worden verwerkt tot zeer dunne antibacteriële films die temperaturen tot 900 graden Celsius aankunnen (1, 652 graden Fahrenheit).

Het werk onder leiding van Martí, alumna Ashleigh Smith McWilliams en afgestudeerde student Cecilia Martínez-Jiménez wordt gedetailleerd beschreven in het tijdschrift American Chemical Society ACS toegepaste nanomaterialen .

"Bornitride materialen zijn interessant, vooral omdat ze extreem hittebestendig zijn, " zei Martí. "Ze zijn zo licht als grafeen en koolstofnanobuizen, maar je kunt hBN in een vlam steken en er gebeurt niets mee."

Hij zei dat bulk hBN goedkoop en gemakkelijk te verkrijgen is, maar het verwerken ervan tot microscopisch kleine bouwstenen was een uitdaging. "De eerste stap is om ze te kunnen exfoliëren en verspreiden, maar onderzoek naar hoe dat te doen is verspreid, "Zei Martí. "Toen we besloten om een ​​benchmark vast te stellen, we ontdekten dat de processen die buitengewoon nuttig waren voor grafeen en nanobuisjes niet zo goed werken voor boornitride."

Sonicatie van bulk hBN in water exfolieerde het materiaal met succes en maakte het oplosbaar. "Dat verraste ons, omdat nanobuisjes of grafeen er gewoon bovenop drijven, " zei Martí. "De hBN verspreidde zich overal, hoewel ze niet bijzonder stabiel waren.

"Het bleek dat de randen van boornitridekristallen gemaakt zijn van amine- en stikstofoxidegroepen en boorzuur, en al deze groepen zijn polair (met positieve of negatieve lading), "zei hij. "Dus als je ze exfolieert, de randen zitten vol met deze functionele groepen die echt van water houden. Dat gebeurt nooit met grafeen."

Experimenten met negen oppervlakteactieve stoffen hielpen hen precies het juiste type en de juiste hoeveelheid te vinden om te voorkomen dat 2-D hBN klontert zonder de individuele vlokken te veel te snijden tijdens het ultrasoonapparaat. De onderzoekers gebruikten 1 gew.% van elke oppervlakteactieve stof in water, 20 milligram bulk hBN toegevoegd, vervolgens geroerd en gesoniceerd het mengsel.

Het spinnen van de resulterende oplossingen met lage en hoge snelheden toonde aan dat de grootste opbrengst kwam met de oppervlakteactieve stof die bekend staat als PF88 onder centrifugeren met 100 zwaartekracht, maar de nanosheets van de hoogste kwaliteit kwamen van alle ionische oppervlakteactieve stoffen onder de 8, 000 g centrifugeren, met de grootste stabiliteit van gewone ionische oppervlakteactieve stoffen SDS en CTAC.

DTAB - een afkorting van dodecyltrimethylammoniumbromide - bleek onder hoge centrifugatie het beste in het balanceren van de opbrengst en kwaliteit van 2-D hBN. De onderzoekers maakten ook een transparante film van hBN-nanosheets gedispergeerd in SDS en water om te laten zien hoe ze kunnen worden verwerkt tot bruikbare producten.

"We beschrijven de stappen die je moet nemen om hoogwaardige hBN-vlokken te produceren, " zei Martí. "Alle stappen zijn belangrijk, en we waren in staat om de gevolgen van elk aan het licht te brengen."