Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci z MITu a University of Tokyo vytvořili struktury centimetrových velikostí, které které jsou naplněny stovkami miliard zarovnaných nanotrubiček z hexagonálního nitridu boru. Stěny nanotrubiček mají tloušťku 1 atomu.
Hexagonálnímu (šesterečnému, šetiúuhelníkovému) nitridu boru ve 2D vrstvě se někdy říká bílý grafen. Kromě podobností s grafenem se ale v podstatných ohledech od něj také liší: materiál např. vydrží vyšší teploty a jde o izolant. 2D nitrid boru vyniká i z hlediska mechanických vlastností typu pevnosti. Po srolování do nanotrubiček nabízí nitrid boru další unikátní možnosti, především když se nanotrubičky poskládají do pole vedle sebe, podobně jako stromky v hustě zarostlém lese.
Technologie popsaná v nové studii by měla umožnit masovou výrobu těchto nanotrubiček, a to to navíc v dále uspořádaných strukturách. Výsledkem by mohly být např. nové kompozitní materiály. Nitrid boru je průhledný, mohl by se tedy uplatnit v technologiích oken či displejů. Lze jej využít k elektrické izolaci senzorů v elektronických zařízeních. Autoři studie také zkoumají způsoby, jak nanovlákna vplést do membrán pro filtraci vody (včetně technik, kdy se elektřina vyrábí iontovou filtrací slané vody; poznámka: to se myslí jak přesně, že se energie získává mícháním obou vod?).
Uhlíkové nanotrubičky se intenzivně zkoumají cca od počátku 90. let, s nitridem boru se začalo asi o 20 let později. Z hlediska možného uplatnění v průmyslu ale nyní nitrid bóru získal náskok, protože nová technika umožňuje (má umožňovat) masovou produkci nanotrubiček, a to navíc do dále definovaných a uspořádaných struktur. Tvrdí to alespoň autoři nové studie.
V roce 2020 Rong Xiang a jeho kolegové z Tokijské univerzity zjistili, že mohou vyrobit vysoce kvalitní nanotrubičky z nitridu bóru tak, že nejprve pomocí běžného postupu chemické depozice z par vypěstují les krátkých, několik mikronů dlouhých uhlíkových nanotrubiček. Poté tento uhlíkový les pokryli „prekurzory“, tedy borem a plynným dusíkem, které po vypálení v peci při vysokých teplotách vykrystalizovaly na uhlíkové nanotrubičky a vytvořily vysoce kvalitní nanotrubičky z hexagonálního nitridu boru s uhlíkovými nanotrubičkami uvnitř.
V nové studii Luiz Acauan, Brian Wardle (MIT) a jejich kolegové rozšířili Xiangův přístup tak, že dokázali odstranit i základní uhlíkové nanotrubičky. Teploty a tlaky se podařilo upravit tak, že, uhlík ze struktury zmizel a nanotrubičky z nitridu boru přitom zůstaly neporušené. Základ metody spočívá v tom, že uhlíkové nanotrubičky jsou méně stabilní, takže při zvýšení teploty se de facto spálí. Nicméně bylo při tom třeba dořešit mnoho překážek, protože nanotrubičky z nitridu boru mají při odstranění uhlíku např. tendenci se zkroutit. Výsledný materiál je čistý má vysokou kvalitu (minimum defektů). Podařilo se také získat husté struktury: Na jednom čtverečním centimetru obsahuje les více než 100 miliard zarovnaných nanotrubiček nitridu boru, které jsou vysoké asi jeden milimetr – dost na to, aby struktura byla viditelná pouhým okem. V podstatě lze tímto způsobem replikovat libovolné struktury z uhlíkových nanotrubiček (z černého lešení vznikne bílé/průhledné). Materiál lze navíc dále stlačit tak, že vzniklou horizontálně uspořádané filmy vláken, které jsou preferovanou konfigurací pro zabudování do kompozitních materiálů.
Luiz H. Acauan et al, Micro- and Macrostructures of Aligned Boron Nitride Nanotube Arrays, ACS Nano (2022). DOI: 10.1021/acsnano.2c05229
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / MIT News
Atomový poloměr uhlíku je 70 pm, boru 85 pm, dusíku 65 pm , čili průměr boru a dusíku je 75 pm, blízký uhlíku, což může napomoci vytvoření BN nanotrubičky vně uhlíkové nanotrubičky.
Článek píše, že stěny nanotrubiček BN mají tloušťku jednoho atomu, tedy asi 0,14 nm. Uhlíkové nanotrubičky mají průměr trubičky 1-100 nm.
Údaj z článku :“Na jednom čtverečním centimetru obsahuje les více než 100 miliard zarovnaných nanotrubiček nitridu boru“
vede výpočtem k vzdálenosti nanotrubiček BN asi 31 nm, což odpovídá spíše tenčím nanotrubičkám uhlíku ( 1-100 nm). Lze tedy přepokládat, že nanotrubičky NB mohou ležet v „lese“ nanotrubiček přímo na sobě? To by asi byl přínos z hlediska pevnosti materiálu z BN trubiček.
Les uhlíkových nanotrubiček musí mít mezery, kam se jednoatomová vrstva BN nanotrubiček z obou stran vejde. Jde tedy o mezeru 2×0,14 nm nejméně.
zde bych jen dodal, ze ty „tloustky jednoho atomu“, resp. „monomolekularni vrstvy“, „2D“ asi lepe brat tak, ze to muze znamenat i „velmi tenke“. prece jen jde (v originale, z nehoz cerpam) o tiskove zpravy. zda ta nanotrubicka je tlusta 1 atom a opravdu nikde ne vic… tudiz i ty dalsi vypocty z toho bych bral spis opatrne (a to i za predpokladu, ze v celem retezci vyvoje textu nedoslo vyslovene k chybe).