Isıya Dayanıklı, Kararlı Bor Nitrür Nanotüp Lifleri
Profesörler Matteo Pasquali ve Angel Martí tarafından yönetilen Rice Üniversitesi’nden bir ekip, havacılık, elektronik ve enerji tasarruflu malzemeler dahil olmak üzere büyük ölçekli uygulamalar için son derece değerli olan nanotüplerin kullanımını, daha uygun hale getirmek için basitleştirdi.
Araştırmacılar, Nature Communications’da, BNNT’ler olarak da bilinen bor nitrür nanotüplerinin, doğru koşullar altında, esas olarak klorosülfonik asitte ağırlıkça milyonda 170 parçanın üzerindeki konsantrasyonlarda sıvı kristaller halinde bir araya geldiklerini bildirdiler.
Bu sıvı kristaller, işlenmesi genellikle çözelti içinde oluşan karışık nanotüplerden çok daha kolay olan hizalanmış BNNT’lerden oluşur. Laboratuvar, sıvı kristal çözeltilerden lifler ve filmler oluşturmaya başladı.
Laboratuvarı, çözümler tasarlayan ve Pasquali’nin laboratuvarında üretilen elyafların karakterize edilmesine yardımcı olan Martí, “BNNT elyafları, giyilebilir cihazlardan havacılık araçlarına kadar değişen uygulamalarla çeşitli ürünlerin üretimi için çekici” dedi.
Bor nitrür nanotüpler karbon nanotüpler gibidir, ancak altıgen kafeslerinde karbon yerine alternatif bor ve nitrojen atomları bulunur. Her iki nanotüp türü de güçlüdür, ancak
elektriksel olarak iletken karbon nanotüplerin aksine, BNNT’ler iyi elektrik yalıtkanlarıdır ve havada 900 santigrat dereceye (1,652 derece Fahrenheit) kadar termal ve kimyasal
olarak kararlıdır.
Sıvı kristaller oluşturmak için araştırmacıların nanotüplerinin kirletici içermediğinden emin
olmaları gerekiyordu. Ne yazık ki, bu kirleticiler çoğunlukla işleri tıkamakla tehdit eden bor nitrür parçalarıydı.
Yüksek lisans öğrencisi ve baş yazar Cedric Ginestra, “Erken BNNT örnekleri çok sayıda nanotüp olmayan bor nitrür yapısı içeriyordu” dedi ve ekledi “Ya kimyasal olarak BNNT’lere bağlıydılar ya da sadece BNNT’lerin asit içinde dağılmasını ve daha yüksek konsantrasyonlarda hizalanmasını önleyecek şekilde fiziksel olarak yapışmışlardı.
Bu bor nitrür allotroplarını BNNT’lerden ayırmak ve konsantrasyonlarını ölçmek bile zor. Bütün farklı bor nitrür türleri, temelde şimdiye kadar denediğimiz her nicel teknikle aynı
görünüyor.”
Cedric Ginestra, sıvı kristal çözeltilerin oluşumu adına BNNT saflaştırma sürecini optimize etmek için tedarikçileriyle birlikte çalışmak ve Pasquali laboratuvarında geliştirilen bir saflaştırma işlemini kullanmak, daha iyi BNNT partileri elde etmelerine yardımcı olduğunu söyledi.
Uygun malzeme üretildikten sonra, Pasquali grubu, işlemle ilk boron nitrür ipliklerini yapmak üzere karbon nanotüp lifleri için ıslak eğirme tekniklerini hızla uyarlamak
için hazırlandı.
Ginestra, “Başkalarının BNNT’lerden katı ponponlar (puffs) alıp onları bir iplik yapmak için esnetip büktüğüne dair raporlar var, ancak bu bizim sürecimizden çok farklı” dedi. “Amacımız çok yüksek düzeyde hizalanmış bir lif yapmaktı çünkü özellikler nanotüplerin uzunluğu boyunca daha iyi olmaktadır.”
“Sıvı kristaller, lifler için ideal öncüdür çünkü içindeki nanotüpler zaten hizalıdır” diye açıklayan Ginestra, sıvı kristallerdeki BNNT hizalaması, kristallerin berrak görünseler bile prizma benzeri bir şekilde ışığı böldüğü bir fenomen olan çift kırılmalarıyla, mikroskobik olarak tanımlandı.
Ginestra, filmlerin ayrıca BNNT çözüm işlemenin karbon nanotüpler için geliştirilen yöntemleri nasıl benimseyebileceğini de gösterdiğini söyledi. Bu tür şeffaf ince filmler,
yeni nesil elektroniklerde faydalı olabilir. “BNNT film ve fiber özellikleri, malzeme ve sıvı kristal çözelti hakkındaki anlayışımız geliştikçe gelişecektir” dedi.
Martí ise, BNNT filmlerinin ultraviyole ışık, zehirli boyalar ve korozyon koruması
için filtreler olarak faydalı olacağını belirtti.
Kaynak: More information: Cedric J. Simonsen Ginestra et al, Liquid crystals of neat boron nitride nanotubes and their assembly into ordered macroscopic materials, Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-30378-5 / Journal information: Nature Communications / Provided by Rice University / https://phys.org/news/2022-06-heat-tolerant-stable-boron-nitride-nanotube.html
