Bara lite tvål hjälper till att rensa upp den utmanande processen att framställa tvådimensionell hexagonal bornitrid (hBN).

Rice University kemister har hittat ett sätt att få ut den maximala mängden 2-D hBN nanoark av hög kvalitet från dess naturliga bulkform genom att bearbeta det med ytaktivt ämne (aka tvål) och vatten. Det ytaktiva ämnet omger och stabiliserar de mikroskopiska flingorna, bevara sina egenskaper.

Experiment av labbet av Rice-kemist Angel Martí identifierade "sweet spot" för att göra stabila dispersioner av hBN, som kan bearbetas till mycket tunna antibakteriella filmer som klarar temperaturer upp till 900 grader Celsius (1, 652 grader Fahrenheit).

Arbetet leds av Martí, alumnen Ashleigh Smith McWilliams och doktorand Cecilia Martínez-Jiménez beskrivs i tidskriften American Chemical Society ACS applicerade nanomaterial .

"Bornitridmaterial är intressanta, särskilt för att de är extremt motståndskraftiga mot värme, " Sa Martí. "De är lika lätta som grafen och kolnanorör, men du kan sätta hBN i en låga och ingenting händer med det."

Han sa att bulk-hBN är billigt och lätt att få tag på, men att bearbeta den till mikroskopiska byggstenar har varit en utmaning. "Det första steget är att kunna exfoliera och skingra dem, men forskning om hur man gör det har varit spridd, " sa Martí. "När vi bestämde oss för att sätta ett riktmärke, vi fann att processerna som har varit extremt användbara för grafen och nanorör inte fungerar lika bra för bornitrid."

Sonikering av bulk hBN i vatten exfolierade framgångsrikt materialet och gjorde det lösligt. "Det förvånade oss, eftersom nanorör eller grafen bara flyter ovanpå, " sa Martí. "HBN spreds överallt, även om de inte var särskilt stabila.

"Det visade sig att gränserna för bornitridkristaller är gjorda av amin- och kväveoxidgrupper och borsyra, och alla dessa grupper är polära (med positiv eller negativ laddning), " sa han. "Så när du exfolierar dem, kanterna är fulla av dessa funktionella grupper som verkligen gillar vatten. Det händer aldrig med grafen."

Experiment med nio ytaktiva ämnen hjälpte dem att hitta precis rätt typ och mängd för att hålla 2-D hBN från att klumpa ihop sig utan att skära individuella flingor för mycket under sonikering. Forskarna använde 1 viktprocent av varje ytaktivt ämne i vatten, tillsatt 20 milligram bulk-hBN, rörde sedan om och sonikerade blandningen.

Spinning av de resulterande lösningarna vid låga och höga hastigheter visade att det största utbytet kom med det ytaktiva medlet känt som PF88 under 100 gravitationscentrifugering, men nanoark av högsta kvalitet kom från alla joniska ytaktiva ämnen under 8, 000 g centrifugering, med störst stabilitet från vanliga joniska ytaktiva ämnen SDS och CTAC.

DTAB – förkortning för dodecyltrimetylammoniumbromid – under hög centrifugering visade sig vara bäst på att balansera utbytet och kvaliteten på 2-D hBN. Forskarna producerade också en genomskinlig film från hBN nanosheets dispergerade i SDS och vatten för att visa hur de kan bearbetas till användbara produkter.

"Vi beskriver de steg du behöver göra för att producera högkvalitativa hBN-flingor, " sa Martí. "Alla steg är viktiga, och vi kunde föra fram konsekvenserna av var och en."