Rice Universitys banbrytande forskning inom bornitrid-nanorör – Potential att i grunden förändra en mängd industrier – Vätgaslagring och tillverkning av rymdfarkoster bland dem

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Forskare vid Rice University, under ledning av professor Angel Martí, har gjort ett betydande genombrott inom materialvetenskap genom att utveckla en ny metod för att skapa nanorör av bornitrid med hög renhet.

Dessa nanorör, cylindriska till formen och ihåliga, har anmärkningsvärda egenskaper som förmågan att uthärda temperaturer upp till 900°C (ungefär 1,652 XNUMX°F) och överträffa stål i förhållandet mellan styrka och vikt. Denna upptäckt har potential att revolutionera olika industrier, inklusive tillverkning av rymdfarkoster, biomedicinsk bildbehandling och applikationer för lagring av väte.

Leds av doktoranden Kevin Shumard och nyligen publicerade i Chemistry of Materials, beskriver processen för att eliminera beständiga föroreningar från bornitrid nanorör. Denna rening uppnås med användning av fosforsyra, i kombination med exakta justeringar av reaktionsprocessen.

Shumard, som utvecklar vikten av denna utveckling, säger: "Utmaningen är att vi under syntesen av materialet, förutom rör, får mycket extra saker. Som forskare vill vi arbeta med det renaste materialet vi kan så att vi begränsar variabler när vi experimenterar. Detta arbete tar oss ett steg närmare att tillverka material med potential att förnya hela industrier när de används som tillsatser till metaller eller keramiska kompositer för att göra dem ännu starkare."

Föroreningarna i fråga är burnitridburar, sfärformade strukturer som omsluter borpartiklar, vilket vanligtvis försämrar kvaliteten och funktionaliteten hos nanorören. Denna fråga ledde till att Rice-forskarna utforskade användningen av fosforsyra, inspirerad av en studie från 2013 i Journal of the American Chemical Society som identifierade syran som ett bornitridvätmedel. Professor Martí delade sina första förväntningar och sa: "Vi förväntade oss ingen reaktion." Teamet observerade dock ett oväntat resultat när blandningen värmdes upp, vilket ledde till upptäckten av pyramider istället för rör och burar.

Teamet insåg att höga temperaturer och syrakoncentrationer var skadliga för bornitrid, och reviderade sitt tillvägagångssätt. De försökte finjustera reaktionen för att eliminera endast de oönskade strukturerna. Detta ledde till en ny reningsmetod för nanorör, som Shumard beskriver som ett betydande steg framåt, och noterar: "Materialet som vi kan tillverka är de absolut renaste rören som jag har sett jämfört med andra."

Teamets framtida mål är att öka utbytet av denna reaktion för att producera tillräckliga mängder nanorör för att skapa fibrer. Dessa fibrer skulle potentiellt kunna fungera som ett mer hållbart alternativ till stål och bidra till utvecklingen av överlägsna byggmaterial. Shumard betonar hållbarhetsaspekten och säger: "Kväve utgör 70 % av vår atmosfär, och bor är mycket rikligt i stenar. Det här arbetet kan vara ett språngbräde till mycket bättre byggmaterial både vad gäller styrka och hållbarhet.”

Bornitrid nanorör delar likheter med kolnanorör i struktur och egenskaper som draghållfasthet och värmeledningsförmåga. De erbjuder dock större motståndskraft och deras egenskaper är ofta komplementära till kolnanorörens. Medan kolnanorör kan fungera som elektriska ledare eller halvledare, är bornitridnanorör isolatorer.

Martí lyfter fram potentialen i denna forskning och säger: "Vetenskapen om bornitridnanorör är inte lika välutvecklad som vetenskapen om kolnanorör - en lucka som vi hoppades ta itu med i vår forskning eftersom vi tror att förmågan att producera rena bornitridnanorör effektivt och tillförlitligt kan vara viktigt för ett brett spektrum av branscher.”

Denna innovativa prestation av forskarna från Rice University banar inte bara vägen för starkare, mer värmebeständiga material utan exemplifierar också kraften i vetenskapliga undersökningar och experiment för att övervinna utmaningar och utveckla teknik. Deras arbete står som en ledstjärna för framsteg inom materialvetenskap, som potentiellt kan inleda en ny era av hållbara och högpresterande material som i grunden kan förändra en mängd industrier.