Bornitridnanorör är grundade för att bli effektiva byggstenar för nästa generations komposit- och polymermaterial baserat på en ny upptäckt vid Rice University-och ett tidigare.

Forskare vid känt för nano-ris har hittat ett sätt att förbättra en unik klass av nanorör med hjälp av en kemisk process som föregångare vid universitetet. Rice lab av kemisten Angel Martí utnyttjade Billups-Birch-reaktionsprocessen för att förbättra bornitrid-nanorör.

Arbetet beskrivs i American Chemical Society journal ACS Applied Nano Materials .

Bornitrid -nanorör, som deras kolkusiner, är rullade ark med sexkantiga matriser. Till skillnad från kolnanorör, de är elektriskt isolerande hybrider gjorda av alternerande bor- och kväveatomer.

Isolerande nanorör som kan funktionaliseras kommer att vara en värdefull byggsten för nanoingenjörsprojekt, Sa Martí. "Kolnanorör har enastående egenskaper, men du kan bara få dem i halvledande eller metalliskt ledande typer, "sa han." Bornitridnanorör är komplementära material som kan fylla det gapet. "

Tills nu, dessa nanorör har stadigt motstå funktionalisering, "dekoration" av strukturer med kemiska tillsatser som gör att de kan anpassas för applikationer. Själva egenskaperna som ger bornitridnanorör styrka och stabilitet, särskilt vid höga temperaturer, gör dem också svåra att modifiera för deras användning vid tillverkning av avancerade material.

Men Billups-Birch-reaktionen utvecklad av risprofessor emeritus i kemi Edward Billups, som frigör elektroner för att binda med andra atomer, tillät Martí och huvudförfattaren Carlos de los Reyes att ge de elektrisk inerta bornitridnanorören en negativ laddning.

Den där, i tur och ordning, öppnade dem för funktionalisering med andra små molekyler, inklusive alifatiska kolkedjor.

"Funktionalisering av nanorör ändrar eller justerar deras egenskaper, "Sa Martí." När de är orörda är de dispergerbara i vatten, men när vi väl fäster dessa alkylkedjor, de är extremt hydrofoba (vattenundvikande). Sedan, om du lägger dem i mycket hydrofoba lösningsmedel som de med långkedjiga kolväten, de är mer spridbara än sin orörda form.

"Detta gör att vi kan justera egenskaperna hos nanorören och kommer att göra det lättare att ta nästa steg mot kompositer, "sa han." För det, materialen måste vara kompatibla. "

Efter att han upptäckte fenomenet, de los Reyes tillbringade månader med att försöka reproducera det på ett tillförlitligt sätt. "Det var en period där jag var tvungen att göra en reaktion varje dag för att uppnå reproducerbarhet, sa han. Men det visade sig vara en fördel, eftersom processen bara krävde ungefär en dag från start till slut. "Det är fördelen jämfört med andra processer för att funktionalisera kolnanorör. Det finns några som är mycket effektiva, men de kan ta några dagar. "

Processen börjar med att tillsätta ren ammoniakgas till nanorören och kyla den till -70 grader Celsius (-94 grader Fahrenheit). "När det kombineras med natrium, litium eller kalium - vi använder litium - det skapar ett hav av elektroner, "Sa Martí." När litiumet löser sig i ammoniaken, det driver ut elektronerna. "

De frigjorda elektronerna binder snabbt med nanorören och ger krokar för andra molekyler. De los Reyes förstärkte Billups-Birch när han upptäckte att långsamt lägga till alkylkedjor, snarare än allt på en gång, förbättrade deras förmåga att binda.

Forskarna upptäckte också att processen är reversibel. Till skillnad från kolnanorör som brinner bort, bornitrid nanorör tål värmen. Placera funktionaliserade bornitridrör i en ugn vid 600 grader Celsius (1, 112 grader Fahrenheit) avlägsnade dem från de tillsatta molekylerna och återförde dem till sitt nästan orörda tillstånd.

"Vi kallar det defunktionalisering, "Sa Martí." Du kan funktionalisera dem för en applikation och sedan ta bort de kemiska grupperna för att återfå det orörda materialet. Det är något annat materialet ger som är lite annorlunda. "