Ett team från Rice University ledda av professorerna Matteo Pasquali och Angel Martí har förenklat hanteringen av de mycket värdefulla nanorören för att göra dem mer lämpade för storskaliga tillämpningar, inklusive flyg, elektronik och energieffektiva material.

Forskarna rapporterade i Nature Communications att bornitrid nanorör, aka BNNT, sätter ihop sig till flytande kristaller under rätt förhållanden, främst koncentrationer över 170 delar per miljon i vikt i klorsulfonsyra.

Dessa flytande kristaller består av inriktade BNNT som är mycket lättare att bearbeta än de trassliga nanorör som vanligtvis bildas i lösning. Laboratoriet fortsatte med att bilda fibrer och filmer från de flytande kristallina lösningarna.

"BNNT-fibrer är attraktiva för tillverkning av en mängd olika produkter, med applikationer som sträcker sig från bärbara till rymdfordon", säger Martí, vars labb designade lösningar och hjälpte till att karakterisera fibrerna som producerades i Pasqualis labb.

Bornitrid nanorör är som kolnanorör, men med alternerande bor- och kväveatomer istället för kol i sina hexagonala gitter. Båda typerna av nanorör är starka, men till skillnad från elektriskt ledande kolnanorör är BNNT bra elektriska isolatorer och är termiskt och kemiskt stabila i luft upp till 900 grader Celsius (1 652 grader Fahrenheit).

För att bilda flytande kristaller behövde forskarna vara säkra på att deras nanorör var fria från föroreningar. Tyvärr var dessa föroreningar mestadels bitar av bornitrid som hotade att tugga upp verket.

"Tidiga BNNT-prover innehöll massor av icke-nanorör bornitridstrukturer", säger doktorand och huvudförfattare Cedric Ginestra. "De var antingen kemiskt bundna till BNNT eller bara fysiskt vidhäftade på ett sätt som förhindrade BNNT från att spridas i syra och anpassa sig i högre koncentrationer.

"Det är svårt att separera dessa bornitridallotroper från BNNT, och svårt att ens mäta deras koncentration," sa han. "Alla olika typer av bornitrid verkar identiska med i princip alla kvantitativa tekniker som vi har provat hittills."

Att arbeta med sin leverantör för att optimera sin BNNT-reningsprocess för bildning av flytande kristallina lösningar och att använda en reningsprocess som utvecklats i Pasquali-labbet hjälpte dem att få bättre partier av BNNT, sa han. När väl lämpligt material hade tagits fram, grundades Pasquali-gruppen för att snabbt anpassa sina våtspinningstekniker för kolnanorörsfibrer för att göra de första bornitridtrådarna med processen.

"Det finns rapporter om andra som tar fasta bloss av BNNT och sträcker och vrider dem för att göra ett garn, men det skiljer sig mycket från vår process," sa Ginestra. "Vårt mål var att göra en mycket högjusterad fiber eftersom egenskaperna är bättre längs nanorörens längd."

Flytande kristaller är den idealiska prekursorn för fibrer eftersom nanorören inuti redan är i linje, sa han. BNNT-inriktning i de flytande kristallerna identifierades mikroskopiskt genom deras dubbelbrytning, ett fenomen genom vilket kristaller delar ljus, prismaliknande, även om de verkar vara klara.

Filmerna visade också hur BNNT-lösningsbearbetning kan anta metoder som utvecklats för kolnanorör, sa Ginestra. Sådana genomskinliga tunna filmer kan vara användbara i nästa generations elektronik. "BNNT-filmen och fiberegenskaperna kommer att förbättras när materialet och vår förståelse för den flytande kristallina lösningen förbättras", sa han.

Martí noterade att BNNT-filmer skulle vara användbara som filter för ultraviolett ljus, antifouling-beläggningar och för korrosionsskydd. + Utforska vidare

Exotiska nanorör rör sig på mindre mystiska sätt