Frysning och ultraljudsassisterad exfoliering. Kredit:LICP
Kinesiska forskare rapporterade nyligen om en innovativ mekanisk process för kontrollerbar exfoliering av hexagonala bornitrid nanosheets (h-BNNSs). Denna metod, känd som "vatten-isning triggered exfoliation process", föreslogs av prof. Zhang Junyans grupp från Lanzhou Institute of Chemical Fysik (LICP) från den kinesiska vetenskapsakademin (CAS).
h-BNNS, med en bikakeliknande struktur som liknar grafen, visar utmärkta kemiska och fysikaliska egenskaper, såsom hög värmeledningsförmåga, god motståndskraft mot oxidation, anmärkningsvärd mekanisk hållfasthet, en låg dielektricitetskonstant, enastående smörjbarhet, utmärkt biokompatibilitet och optiska egenskaper .
Med tanke på dessa egenskaper är h-BNNS lovande material för olika applikationer, inklusive högpresterande elektroniska enheter, dielektriska substrat, värmehantering, smörjning, sensorer, katalysatorer och sorbenter. Som ett resultat är det ett akut behov att utveckla en enkel, kontrollerbar och skalbar metod för att producera högkvalitativa h-BNNS för kommersiella applikationer.
I sin nya forskning föreslog ZHANG och hans team en skalbar och kontrollerbar metod för att exfoliera högkvalitativa h-BNNS från h-BN-flingor.
"Denna metod förlitar sig på effektiv minskning av h-BNNS mellanskiktsinteraktion genom snabb volymexpansion av vatten i isbildning", säger Zhang.
Generellt kan h-BNNS framställas med en process av kemisk ångavsättning (CVD) och fysisk exfoliering. CVD kan producera enkristall-h-BNNS-h-BNNS i wafer-skala, medan den fysiska exfolieringsprocessen kan uppnå skalbar produktion av h-BNNS i små storlekar.
Baserat på simuleringar av molekylär dynamik föreslog forskarna att -OH-grupper kan orsaka lokal strukturell distorsion i defekterna/kanterna av h-BN-flingor för att bilda en "ingång" för vattenmolekyler som kommer in i h-BNNS-mellanskiktet. Detta ger i sin tur ett tillräckligt antal relativt långlivade vätebindningar som kan generera ganska kompakta initiala kärnor för iskärnbildning.
De initiala kärnorna ändras sedan långsamt i form och storlek tills de når ett stadium som tillåter snabb expansion när temperaturen sjunker kraftigt. Detta resulterar i en ökning av mellanskiktsavstånd och minskning av mellanskiktskrafter mellan intilliggande h-BNNS-lager samt effektiv exfoliering av h-BNNS under efterföljande ultraljudsbehandling.
"Genom att justera parametrarna kan denna exfolieringsprocess användas för att producera stora mängder olika högkvalitativa h-BNNS", säger Dr. An Lulu, första författare till studien.
"Denna metod erbjuder en miljövänlig metod för att exfoliera h-BNNS med kontrollerbar tjocklek genom en snabb vattenfrysning och efterföljande ultraljudsprocess. Dessa h-BNNS som erhållits kan användas som polymertillsatser, värmeledande fyllmedel och flamskyddsmedel", säger Prof. Yu Yuanlie, motsvarande författare till studien.
Denna studie publicerades i Cell Reports Physical Science . + Utforska vidare
