Nanorúrky z bieleho grafénu môžu spôsobiť revolúciu

Výskumníci z MIT a Tokijskej univerzity vytvorili štruktúry v mierke centimetrov, teda dostatočne veľké na to, aby boli viditeľné voľným okom, ktoré sú plné stoviek miliárd dutých nanorúrok vyrobených z hexagonálneho nitridu bóru. Hexagonálny nitrid bóru (hBN) je materiál s hrúbkou jedného atómu, ktorý sa označuje ako „biely grafén“ pre svoj transparentný vzhľad a podobnosť s uhlíkovým grafénom v oblasti molekulárnej štruktúry a pevnosti. Znesie vyššie teploty ako grafén a je skôr elektricky izolujúci ako vodivý. Keď sa hBN zvinie do nanorúrok, jeho výnimočné vlastnosti sa výrazne zvýšia.

Výsledky tímu, publikované v časopise ACS Nano, otvárajú cestu k hromadnej výrobe zarovnaných nanotrubíc z nitridu bóru (aligned boron nitride nanotubes – A-BNNT). Výskumníci plánujú využiť túto techniku na výrobu veľkorozmerných polí týchto nanorúrok, ktoré sa potom môžu kombinovať s inými materiálmi na výrobu pevnejších, tepelne odolnejších kompozitov, napríklad na tienenie vesmírnych konštrukcií a nadzvukových lietadiel.
Keďže hBN je priehľadný a elektricky izolujúci, tím uvažuje aj o začlenení BNNT do priehľadných okien a ich použitie na elektrickú izoláciu senzorov v elektronických zariadeniach.

Takisto skúma spôsoby, ako zapliesť nanovlákna do membrán na filtráciu vody a na „modrú energiu“, čo je koncept obnoviteľnej energie, v ktorom sa elektrina vyrába z iónovej filtrácie slanej vody na sladkú vodu. Rovnako ako grafén aj hexagonálny nitrid bóru má voštinovú molekulárnu štruktúru. V graféne je táto konfigurácia vyrobená výlučne z atómov uhlíka usporiadaných v opakujúcom sa vzore šesťuholníkov. Pri hBN sú šesťuholníky zložené zo striedajúcich sa atómov bóru a dusíka.

V posledných rokoch výskumníci zistili, že dvojrozmerné plátky hBN vykazujú výnimočnú pevnosť, tuhosť a pružnosť pri vysokých teplotách. Keď sú plátky hBN zvinuté do formy nanorúrok, tieto vlastnosti sa ďalej posilňujú, najmä keď sú nanorúrky zarovnané ako stromčeky v hustom lese. No hľadanie spôsobov, ako syntetizovať stabilné, vysoko kvalitné BNNT, sa ukázalo ako náročné. V roku 2020 Rong Xiang a kolegovia z Tokijskej univerzity zistili, že dokážu vyrobiť vysokokvalitné nanorúrky nitridu bóru použitím konvenčného prístupu chemického nanášania z pár na vypestovanie „lesa“ krátkych uhlíkových nanorúrok dlhých niekoľko mikrónov.

Potom potiahli „les“ na báze uhlíka „prekurzormi“ bóru a plynného dusíka, nechali ich v peci pri vysokých teplotách vykryštalizovať na uhlíkové nanorúrky a vytvorili vysokokvalitné nanorúrky hexagonálneho nitridu bóru s uhlíkovými nanorúrkami vnútri. V novej štúdii Luiz Acauan a Haozhe Wang upravili Xiangov prístup, v podstate odstránili základné uhlíkové nanorúrky a získali dlhé nanorúrky nitridu bóru.

Výskumníci hľadali spôsoby, ako vyladiť teploty a tlaky v procese chemického nanášania z pár, aby sa odstránili uhlíkové nanorúrky, pričom nanorúrky nitridu bóru by zostali nedotknuté. Napokon sa im to podarilo dômyselnou kombináciou teplôt, tlakov a prekurzorov. Najskôr reprodukovali Xiangov postup na syntézu uhlíkových nanorúrok potiahnutých nitridom bóru. A keďže hBN odolá vyšším teplotám ako grafén, tím potom zvýšil teplo, čím spálil základný čierny uhlíkový nanorúrkový skelet, ale priehľadné, voľne stojace nanorúrky z nitridu bóru zostali zachované.

Na mikroskopických snímkach tím pozoroval jasné kryštalické štruktúry, čo je dôkaz, že nanorúrky nitridu bóru majú vysokú kvalitu. Štruktúry boli husté. Na ploche jedného štvorcového centimetra sa výskumníkom podarilo syntetizovať les viac ako 100 miliárd zarovnaných nanorúrok nitridu bóru, ktoré merali približne milimeter na výšku, teda dostatočne veľký na to, aby bol viditeľný voľným okom. 

Zdroj: thebrighterside.news.