Автор AZoNano 28 января 2021 г.

Небольшое количество мыла поможет упростить сложный процесс получения двумерного гексагонального нитрида бора (hBN).

Химики из Университета Райса нашли способ получить максимальное количество качественных нанолистов 2D hBN из его естественной объемной формы путем обработки их поверхностно-активным веществом (также известным как мыло) и водой. Поверхностно-активное вещество окружает и стабилизирует микроскопические хлопья, сохраняя их свойства.

Эксперименты лаборатории химика риса Анхеля Марти определили «золотую середину» для создания стабильных дисперсий hBN, которые можно перерабатывать в очень тонкие антибактериальные пленки, выдерживающие температуру до 900 градусов по Цельсию (1652 градуса по Фаренгейту).

Работа, проведенная Марти, выпускницей Эшли Смит МакВильямс и аспирантом Сесилией Мартинес-Хименес, подробно описана в журнале Американского химического общества ACS Applied Nano Materials .

«Материалы из нитрида бора интересны, особенно потому, что они чрезвычайно устойчивы к нагреванию, », – сказал Марти. «Они легкие, как графен и углеродные нанотрубки, но вы можете поместить hBN в пламя, и с ним ничего не случится».

Он сказал, что объемный hBN дешев и его легко получить, но переработка его в микроскопические строительные блоки была проблемой. « Первый шаг – иметь возможность расслаивать и рассеивать их, но исследования того, как это сделать, разрознены», – сказал Марти. «Когда мы решили установить эталон, мы обнаружили, что процессы, которые были чрезвычайно полезны для графена и нанотрубок, не работают так же хорошо для нитрида бора».

Звуковое воздействие на объемный hBN в воде успешно расслоило материал и сделало его растворимым. «Это нас удивило, потому что нанотрубки или графен просто плавают сверху», – сказал Марти. «hBN рассредоточились повсюду, хотя они не были особенно стабильными.

«Оказалось, что границы кристаллов нитрида бора состоят из групп амина, оксида азота и борной кислоты, и все эти группы полярны (с положительным или отрицательным зарядом), », – сказал он. «Итак, когда вы их отслаиваете, края заполняются этими функциональными группами, которые действительно похожи на воду. Этого никогда не бывает с графеном».

Эксперименты с девятью поверхностно-активными веществами помогли им найти правильный тип и количество, чтобы предотвратить комкование 2D hBN, не разрезая отдельные хлопья во время обработки ультразвуком. Исследователи использовали 1% по весу каждого поверхностно-активного вещества в воде, добавили 20 миллиграммов сыпучего hBN, затем перемешали и обработали смесь ультразвуком.

Прядение полученных растворов с низкой и высокой скоростью показало, что наибольший выход был получен с поверхностно-активным веществом, известным как PF88, при 100-гравитационном центрифугировании, но нанолисты самого высокого качества были получены из всех ионных поверхностно-активных веществ при центрифугировании 8000 g, с наибольшей стабильностью. из обычных ионных поверхностно-активных веществ SDS и CTAC.

DTAB – сокращение от додецилтриметиламмонийбромида – при высоком центрифугировании оказался лучшим для уравновешивания выхода и качества 2D hBN. Исследователи также создали прозрачную пленку из нанолистов hBN, диспергированных в SDS и воде, чтобы продемонстрировать, как их можно переработать в полезные продукты.

«Мы описываем шаги, которые необходимо сделать для производства высококачественных хлопьев hBN», – сказал Марти. «Все шаги важны, и мы смогли выявить последствия каждого из них».

Соавторы статьи – аспирант Райс Седрик Гинестра; аспирант Асия Мататяхо Яакоби и Йешаягу Талмон, почетный профессор химического машиностроения, Технион-Израильский технологический институт; и Маттео Паскуали, A.J. Хартсук, профессор химической и биомолекулярной инженерии, химии, материаловедения и наноинженерии в Райс. Марти – профессор химии, биоинженерии, материаловедения и наноинженерии.

Национальный научный фонд, Управление научных исследований ВВС и Национальный совет по науке и технологиям (КОНАСИТ) Мексики поддержали исследование.

Источник: https://www.rice.edu/