能够承受极高温度的非常坚固、轻质的材料可以催生下一代航天器、增强现有设备或实现新的生物医学成像或储氢应用等的开发。为此，莱斯大学Angel Martí实验室的 科学家们发现了一种制造高纯度氮化硼纳米管的新方法，这种空心圆柱形结构可以承受高达 900 摄氏度(~1652 华氏度)的温度，同时强度也比钢材按重量计算。
根据《材料化学》 上发表的一项研究，莱斯大学的研究人员找到了如何使用磷酸去除氮化硼纳米管中难以去除的杂质并微调反应的方法。 “挑战在于，在材料的合成过程中，除了管子之外，我们最终还会得到很多额外的东西，”化学博士生、该研究的主要作者凯文·舒马德 (Kevin Shumard) 说。“作为科学家，我们希望尽可能使用最纯净的材料，以便在实验时限制变量。这项工作让我们离制造具有改造整个行业潜力的材料又近了一步，这些材料用作金属或陶瓷复合材料的添加剂，使它们变得更加坚固。”
通常会损害纳米管质量和实用性的“额外物质”是氮化硼笼——封装硼颗粒的空心球形结构。一篇论文 表明磷酸可以作为氮化硼润湿剂，这 激发了研究人员探索是否可以使用这种酸去除笼子。
“我们没想到会有这样的反应，”化学、生物工程、材料科学和纳米工程教授、化学系主任兼莱斯新兴学者项目教务主任马蒂说。
事实上，在室温下，什么也没有发生。但当他们把事情加热时，研究人员却大吃一惊。
“当我们通过显微镜观察时，我们没有看到管子，也没有笼子，”马蒂说。“取而代之的是金字塔。”
研究人员了解到，高温和酸浓度对氮化硼具有破坏性，因此他们修改了假设，旨在调整反应以仅破坏材料中不需要的结构。
“通过大量的实验，我们开发了一个全新的纳米管纯化方向，”舒马德说。“我在电子显微镜前花了很多时间，阅读了很多带有氮化硼纳米管图像的论文。与其他材料相比，我们制造的材料是迄今为止我所见过的最纯净的管材。”
研究人员计划继续努力提高反应产率，以生产足够的纳米管来制造纤维，这可能是一种合适且更可持续的钢铁替代品。
“大气中 70% 是氮，而岩石中硼含量很高，”舒马德说。“这项工作可能成为在强度和可持续性方面更好的建筑材料的垫脚石。” 氮化硼纳米管的结构与碳纳米管
非常相似，它们的一些性能(例如拉伸强度和导热性)也非常相似。然而，氮化硼纳米管更具弹性，并且它们的一些特性与碳纳米管互补。
“例如，碳纳米管可以是电导体或半导体，而氮化硼纳米管是绝缘体，”马蒂说。“氮化硼纳米管的科学并不像碳纳米管的科学那么发达——我们希望在研究中解决这个差距，因为我们认为高效、可靠地生产纯氮化硼纳米管的能力对于广泛的领域来说可能很重要。的产业。”
该论文的共同作者包括博士后研究员 Jesus Acapulco Jr. 和化学与生物分子工程 AJ Hartsook 教授以及化学、材料科学和纳米工程教授 Matteo Pauali。
该研究得到了国家科学基金会(1807737、2108838)、空科学研究办公室(FA9550-19-1-7045)和韦尔奇基金会(C-1668)的支持。
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