Un fiocco di nitruro di boro esagonale funzionalizzato creato a Rice, come si vede al microscopio elettronico a trasmissione. Credito:Angel Martí Group
Il nitruro di boro esagonale è tenace, ma gli scienziati della Rice University stanno rendendo più facile andare d'accordo.
h-BN bidimensionale, un materiale isolante noto anche come "grafene bianco, " è quattro volte più rigido dell'acciaio ed è un ottimo conduttore di calore, un vantaggio per i compositi che fanno affidamento su di esso per migliorare le proprie proprietà.
Queste qualità rendono anche h-BN difficile da modificare. Il suo stretto reticolo esagonale di atomi di boro e azoto alternati è altamente resistente al cambiamento, a differenza del grafene e di altri materiali 2-D che possono essere facilmente modificati, ovvero funzionalizzati, con altri elementi.
Il laboratorio Rice del chimico Angel Martí ha pubblicato un protocollo per migliorare l'h-BN con catene di carbonio. Questi trasformano il duro 2-D in un materiale che mantiene la sua forza ma è più suscettibile all'incollaggio con polimeri o altri materiali nei compositi.
L'articolo del laboratorio nell'American Chemical Society's Giornale di chimica fisica suggerisce che l'h-BN può essere reso più disperdibile anche nei solventi organici. Martí e il suo team hanno modificato il processo di reazione Billups-Birch che avevano usato con successo per alterare i nanotubi di nitruro di boro per attaccare le difese di h-BN e attaccare in modo covalente i carboni.
riduzione di betulla, scoperto negli anni '40 e potenziato nel 2004 dal professore emerito di chimica Rice Edward Billups per funzionalizzare i nanotubi di carbonio, libera gli elettroni per legarsi ad altri atomi. Nel processo del riso, Martí e il suo team possono controllare la quantità di funzionalizzazione di h-BN variando la quantità di litio nella reazione.
Il litio è un metallo alcalino che rilascia elettroni liberi quando combinato con ammoniaca liquefatta. Mescolato con scaglie di h-BN e una fonte di carbonio, 1-bromododecano in questo caso, la reazione produce un radicale alchilico, una specie chimica che reagisce con h-BN e forma un legame.
Gli scienziati del riso hanno reso molto più semplice aggiungere catene di carbonio al nitruro di boro esagonale, un materiale 2D molto più rigido dell'acciaio e un ottimo conduttore di calore. Credito:Angel Martí Group
Martí ha detto che è il metodo migliore trovato finora per modificare h-BN, che resiste al cambiamento anche ad alte temperature. "Prendi un po' di grafite e la metti in una fornace a 800 gradi (Celsius), e sarà andato, " disse. "Prendi nitruro di boro esagonale e fai lo stesso, e sarà ancora lì a sorriderti.
"Questo ti dà un'idea di quanto sia stabile, e questo è il problema che volevamo affrontare, " Martí ha detto. "Il materiale è buono per alcune applicazioni, ma per controllare le sue proprietà per la produzione, devi innestare diversi gruppi sulla superficie."
Ha detto che un rapporto molare di 20 a 1 tra litio e h-BN ha ottimizzato il processo di innesto delle catene di carbonio sulla superficie e sui bordi.
Poiché la base h-BN rimane stabile alle alte temperature, può essere riportato al suo stato originario semplicemente bruciando le catene funzionali.
Mentre h-BN è naturalmente idrofilo (attrae l'acqua), i carboni funzionali li rendono quasi superidrofobici (evitano l'acqua), una buona proprietà per realizzare pellicole protettive, disse Martì. Ma anche se potenziato, i fiocchi rimangono suscettibili di dispersione in solventi non polari.
Martí ha detto che il suo gruppo sta esplorando quali altri tipi di molecole possono essere innestate sul grafene bianco. "E i gruppi benzenici? E gli eteri? E i gruppi che lo renderanno compatibile con altri materiali?
"C'è molto interesse nella realizzazione di materiali compositi tra h-BN, nanotubi e polimeri di nitruro di boro, ", ha detto. "Alla fine, vorremmo innestare diversi gruppi su h-BN e costruire una libreria, una specie di cassetta degli attrezzi, di gruppi funzionali che possono essere utilizzati con questi materiali."
