Un team della Rice University guidato dai professori Matteo Pasquali e Angel Martí ha semplificato la gestione dei nanotubi di alto valore per renderli più adatti ad applicazioni su larga scala, inclusi aerospaziale, elettronica e materiali ad alta efficienza energetica.

I ricercatori hanno riportato in Nature Communications che i nanotubi di nitruro di boro, noti anche come BNNT, si assemblano in cristalli liquidi nelle giuste condizioni, principalmente concentrazioni superiori a 170 parti per milione in peso in acido clorosolfonico.

Questi cristalli liquidi sono costituiti da BNNT allineati che sono molto più facili da elaborare rispetto ai nanotubi aggrovigliati che di solito si formano in soluzione. Il laboratorio ha proceduto a formare fibre e film dalle soluzioni cristalline liquide.

"Le fibre BNNT sono interessanti per la produzione di una varietà di prodotti, con applicazioni che vanno dai dispositivi indossabili ai veicoli aerospaziali", ha affermato Martí, il cui laboratorio ha progettato soluzioni e ha contribuito a caratterizzare le fibre prodotte nel laboratorio di Pasquali.

I nanotubi di nitruro di boro sono come i nanotubi di carbonio, ma con atomi di boro e azoto alternati invece del carbonio nei loro reticoli esagonali. Entrambi i tipi di nanotubi sono resistenti, ma a differenza dei nanotubi di carbonio elettricamente conduttivi, i BNNT sono buoni isolanti elettrici e sono termicamente e chimicamente stabili nell'aria fino a 900 gradi Celsius (1.652 gradi Fahrenheit).

Per formare cristalli liquidi, i ricercatori dovevano assicurarsi che i loro nanotubi fossero privi di contaminanti. Sfortunatamente, quei contaminanti erano per lo più frammenti di nitruro di boro che minacciavano di rovinare i lavori.

"I primi campioni di BNNT contenevano molte strutture di nitruro di boro non nanotubi", ha affermato lo studente laureato e autore principale Cedric Ginestra. "Erano legati chimicamente ai BNNT o semplicemente aderivano fisicamente in un modo che impediva ai BNNT di disperdersi nell'acido e di allinearsi a concentrazioni più elevate.

"È difficile separare questi allotropi di nitruro di boro dai BNNT e persino misurarne la concentrazione", ha affermato. "Tutti i diversi tipi di nitruro di boro sembrano identici praticamente con ogni tecnica quantitativa che abbiamo provato finora."

Lavorare con il loro fornitore per ottimizzare il loro processo di purificazione BNNT per la formazione di soluzioni cristalline liquide e l'utilizzo di un processo di purificazione sviluppato nel laboratorio Pasquali li ha aiutati a ottenere lotti migliori di BNNT, ha affermato. Una volta prodotto il materiale adatto, il gruppo Pasquali è stato preparato per adattare rapidamente le sue tecniche di filatura a umido per fibre di nanotubi di carbonio per realizzare i primi fili di nitruro di boro con il processo.

"Ci sono segnalazioni di altri che prendono solidi sbuffi di BNNT e li allungano e li attorcigliano per creare un filo, ma è molto diverso dal nostro processo", ha detto Ginestra. "Il nostro obiettivo era quello di realizzare una fibra altamente allineata perché le proprietà sono migliori lungo la lunghezza dei nanotubi."

I cristalli liquidi sono il precursore ideale per le fibre perché i nanotubi all'interno sono già allineati, ha affermato. L'allineamento BNNT nei cristalli liquidi è stato identificato al microscopio dalla loro birifrangenza, un fenomeno per cui i cristalli dividono la luce, a forma di prisma, anche se sembrano essere chiari.

I film hanno anche dimostrato come l'elaborazione della soluzione BNNT può adottare metodi sviluppati per i nanotubi di carbonio, ha affermato Ginestra. Tali film sottili trasparenti potrebbero essere utili nell'elettronica di prossima generazione. "Le proprietà del film BNNT e della fibra miglioreranno man mano che il materiale e la nostra comprensione della soluzione cristallina liquida miglioreranno", ha affermato.

Martí ha osservato che le pellicole BNNT sarebbero utili come filtri per la luce ultravioletta, rivestimenti antivegetativi e per la protezione dalla corrosione. + Esplora ulteriormente

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