Het 'extra spul' dat gewoonlijk de kwaliteit en bruikbaarheid van de nanobuisjes bederft, zijn kooien van boornitride:holle bolvormige structuren waarin boordeeltjes zijn ingekapseld. Een artikel gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society uit 2013 bleek dat fosforzuur werkte als een bevochtigingsmiddel voor boornitride en dat inspireerde de onderzoekers om te onderzoeken of ze het zuur konden gebruiken om de kooien te verwijderen.

"We hadden geen reactie verwacht", zegt Martí, hoogleraar scheikunde, bio-engineering en materiaalkunde en nano-engineering, voorzitter van de scheikunde en faculteitsdirecteur van het Rice Emerging Scholars Program.

En inderdaad, bij kamertemperatuur gebeurde er niets. Maar toen ze de boel op scherp zetten, kregen de onderzoekers een verrassing.

"Toen we door de microscoop keken, zagen we geen buizen en geen kooien", zei Martí. "In plaats daarvan waren er piramides."

De onderzoekers ontdekten dat de hoge temperaturen en zuurconcentraties destructief waren voor het boornitride, dus herzagen ze hun hypothese en probeerden in plaats daarvan de reactie zo af te stemmen dat alleen ongewenste structuren in het materiaal werden vernietigd.

"Door veel te experimenteren hebben we een compleet nieuwe richting ontwikkeld voor de zuivering van nanobuisjes", zei Shumard. "Ik heb veel tijd voor een elektronenmicroscoop doorgebracht en veel artikelen gelezen met afbeeldingen van boornitride-nanobuisjes. Het materiaal dat we kunnen maken is veruit de zuiverste buizen die ik heb gezien in vergelijking met andere."

De onderzoekers zijn van plan hun inspanningen voort te zetten om de reactieopbrengsten te verbeteren en zo voldoende nanobuisjes te produceren om vezels te maken, wat een geschikt en duurzamer alternatief voor staal zou kunnen zijn.

"Stikstof maakt 70% uit van onze atmosfeer, en boor is zeer overvloedig aanwezig in rotsen", zei Shumard. "Dit werk zou een opstap kunnen zijn naar veel betere bouwmaterialen, zowel in termen van sterkte als in termen van duurzaamheid."

De structuur van boornitride-nanobuisjes lijkt sterk op die van koolstofnanobuisjes, en dat geldt ook voor enkele van hun eigenschappen, zoals treksterkte en thermische geleidbaarheid. Boriumnitride-nanobuisjes zijn echter veerkrachtiger en sommige eigenschappen zijn complementair aan die van hun koolstof-tegenhangers.

"Koolstofnanobuisjes kunnen bijvoorbeeld elektrische geleiders of halfgeleiders zijn, terwijl boornitride-nanobuisjes isolatoren zijn", zei Martí. "De wetenschap over boornitride-nanobuisjes is niet zo goed ontwikkeld als de wetenschap over koolstofnanobuisjes - een leemte die we hoopten te dichten in ons onderzoek, omdat we denken dat het vermogen om zuivere boornitride-nanobuisjes efficiënt en betrouwbaar te produceren belangrijk zou kunnen zijn voor een breed scala aan nanobuisjes. van industrieën."

Meer informatie: Kevin R. Shumard et al., Reactiviteit van boornitride-nanomaterialen met fosforzuur en de toepassing ervan bij de zuivering van boornitride-nanobuisjes, Chemie van materialen (2023). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c01424

Journaalinformatie: Journaal van de American Chemical Society , Chemie van materialen

Aangeboden door Rice University