Een team van Rice University onder leiding van professoren Matteo Pasquali en Angel Martí heeft de behandeling van de zeer waardevolle nanobuisjes vereenvoudigd om ze geschikter te maken voor grootschalige toepassingen, waaronder ruimtevaart, elektronica en energie-efficiënte materialen.

De onderzoekers rapporteerden in Nature Communications dat boornitride-nanobuisjes, ook bekend als BNNT's, zichzelf onder de juiste omstandigheden assembleren tot vloeibare kristallen, voornamelijk concentraties van meer dan 170 gewichtsdelen per miljoen in chloorsulfonzuur.

Deze vloeibare kristallen bestaan ​​uit uitgelijnde BNNT's die veel gemakkelijker te verwerken zijn dan de verwarde nanobuisjes die zich gewoonlijk in oplossing vormen. Het lab ging verder met het vormen van vezels en films uit de vloeibaar-kristallijne oplossingen.

"BNNT-vezels zijn aantrekkelijk voor de vervaardiging van een verscheidenheid aan producten, met toepassingen die variëren van wearables tot ruimtevaartvoertuigen", zegt Martí, wiens laboratorium oplossingen ontwierp en hielp bij het karakteriseren van de vezels die in het laboratorium van Pasquali werden geproduceerd.

Boornitride nanobuisjes zijn als koolstof nanobuisjes, maar met afwisselend boor- en stikstofatomen in plaats van koolstof in hun hexagonale roosters. Beide soorten nanobuisjes zijn sterk, maar in tegenstelling tot elektrisch geleidende koolstofnanobuisjes zijn BNNT's goede elektrische isolatoren en zijn ze thermisch en chemisch stabiel in lucht tot 900 graden Celsius (1652 graden Fahrenheit).

Om vloeibare kristallen te vormen, moesten de onderzoekers er zeker van zijn dat hun nanobuisjes vrij waren van verontreinigingen. Helaas waren die verontreinigingen meestal stukjes boornitride die de werken dreigden te vervuilen.

"Vroege BNNT-monsters bevatten veel niet-nanobuisjes boornitridestructuren", zei afgestudeerde student en hoofdauteur Cedric Ginestra. "Ze waren ofwel chemisch gebonden aan de BNNT's of gewoon fysiek gehecht op een manier die verhinderde dat BNNT's zich in zuur zouden verspreiden en zich bij hogere concentraties konden uitlijnen.

"Het is moeilijk om deze boornitride-allotropen te scheiden van BNNT's en zelfs moeilijk om hun concentratie te meten," zei hij. "Alle verschillende soorten boornitride lijken identiek door vrijwel elke kwantitatieve techniek die we tot nu toe hebben geprobeerd."

Door samen te werken met hun leverancier om hun BNNT-zuiveringsproces te optimaliseren voor de vorming van vloeibaar-kristallijne oplossingen en door een zuiveringsproces te gebruiken dat in het Pasquali-lab is ontwikkeld, konden ze betere batches BNNT's verkrijgen, zei hij. Nadat geschikt materiaal was geproduceerd, was de Pasquali-groep klaar om snel haar natspintechnieken voor koolstofnanobuisvezels aan te passen om de eerste boornitride-draden met het proces te maken.

"Er zijn meldingen van anderen die stevige trekjes van BNNT's nemen en ze uitrekken en draaien om een ​​garen te maken, maar dat is heel anders dan ons proces," zei Ginestra. "Ons doel was om een ​​zeer goed uitgelijnde vezel te maken omdat de eigenschappen over de lengte van de nanobuisjes beter zijn."

Vloeibare kristallen zijn de ideale voorloper voor vezels omdat de nanobuisjes erin al zijn uitgelijnd, zei hij. BNNT-uitlijning in de vloeibare kristallen werd microscopisch geïdentificeerd door hun dubbele breking, een fenomeen waardoor kristallen licht splitsen, prisma-achtig, zelfs als ze helder lijken.

De films lieten ook zien hoe BNNT-oplossingsverwerking methoden kan gebruiken die zijn ontwikkeld voor koolstofnanobuisjes, zei Ginestra. Dergelijke transparante dunne films kunnen nuttig zijn in elektronica van de volgende generatie. "De BNNT-film- en vezeleigenschappen zullen verbeteren naarmate het materiaal en ons begrip van de vloeibaarkristallijne oplossing verbeteren", zei hij.

Martí merkte op dat BNNT-films nuttig zouden zijn als filters voor ultraviolet licht, aangroeiwerende coatings en voor corrosiebescherming. + Verder verkennen

Exotische nanobuisjes bewegen op minder mysterieuze manieren