氮化硼纳米管增强了下一代复合材料

根据莱斯大学的一项新发现 - 以及之前的一项新发现，氮化硼纳米管已成为下一代复合材料和聚合物材料的有效构件。

已知纳米大米的科学家已经找到了一种方法，可以利用该大学开创的化学过程来增强一类独特的纳米管。化学家AngelMartí的Rice实验室利用Billups-Birch反应过程来增强氮化硼纳米管。

这项工作在美国化学学会期刊ACS Applied Nano Materials中有所描述。

与其碳表兄弟一样，氮化硼纳米管是六边形阵列的轧制板。与碳纳米管不同，它们是由交替的硼和氮原子制成的电绝缘杂化物。

Martí说，可以功能化的绝缘纳米管将成为纳米工程项目的重要组成部分。“碳纳米管具有突出的性能，但你只能将它们用于半导体或金属导电类型，”他说。“氮化硼纳米管是可填补这一空白的互补材料。”

到目前为止，这些纳米管一直坚持抵抗功能化，使用化学添加剂“装饰”结构，使其能够根据应用进行定制。赋予氮化硼纳米管强度和稳定性的特性，特别是在高温下，也使得它们难以改性以用于生产先进材料。

但由比利时化学荣誉教授爱德华比卢普斯开发的Billups-Birch反应释放了电子与其他原子结合，使Martí和主要作者Carlos de los Reyes能够给电惰性氮化硼纳米管带来负电荷。

这反过来又打开了它们与其他小分子(包括脂肪族碳链)的功能化。

“功能化纳米管会改变或调整它们的特性，”Martí说。“当它们是纯净的时，它们可以分散在水中，但是一旦我们附着这些烷基链，它们就会非常疏水(避水)。然后，如果你把它们放在非常疏水的溶剂中，就像那些含有长链烃的溶剂一样，它们是比原始形式更分散。

“这使我们能够调整纳米管的性质，并且可以更容易地向复合材料迈出下一步，”他说。“为此，材料需要兼容。”

在他发现这种现象之后，de los Reyes花费了数月时间试图可靠地再现它。“有一段时间我不得不每天做出反应才能达到再现性，”他说。但事实证明这是一个优势，因为这个过程从开始到结束只需要一天。“这是使碳纳米管功能化的其他工艺的优势。有些非常有效，但可能需要几天时间。”

该过程开始于向纳米管中添加纯氨气并将其冷却至-70摄氏度(-94华氏度)。“当它与钠，锂或钾结合时 - 我们使用锂 - 它会产生电子海洋，”马蒂说。“当锂溶解在氨中时，它会排出电子。”

释放的电子迅速与纳米管结合，并为其他分子提供钩子。德洛斯雷耶斯强化了比卢普斯 - 伯奇，他发现缓慢加入烷基链而不是一下子加入它们，提高了它们的结合能力。

研究人员还发现这个过程是可逆的。与燃烧掉的碳纳米管不同，氮化硼纳米管可以承受热量。将功能化的氮化硼管放入600摄氏度(1,112华氏度)的炉子中，剥去它们添加的分子并使它们恢复到接近原始的状态。

“我们称之为去功能化，”马蒂说。“你可以将它们用于一个应用程序，然后去除化学基团以重新获得原始材料。这是材料带来的另一个不同的东西。”