Esfoliazione assistita da congelamento e ultrasuoni. Credito:LICP
Ricercatori cinesi hanno recentemente riportato un processo meccanico innovativo per esfoliare in modo controllabile nanosheet esagonali di nitruro di boro (h-BNNS). Questo metodo, noto come "processo di esfoliazione innescato dalla glassa d'acqua", è stato proposto dal gruppo del Prof. Zhang Junyan del Lanzhou Institute of Chemical Fisica (LICP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS).
Gli h-BNNS, con una struttura a nido d'ape simile al grafene, mostrano eccellenti proprietà chimiche e fisiche, come elevata conducibilità termica, buona resistenza all'ossidazione, notevole resistenza meccanica, bassa costante dielettrica, eccezionale potere lubrificante, eccellente biocompatibilità e proprietà ottiche .
Date queste caratteristiche, gli h-BNNS sono materiali promettenti per varie applicazioni, inclusi dispositivi elettronici ad alte prestazioni, substrati dielettrici, gestione termica, lubrificazione, sensori, catalizzatori e assorbenti. Di conseguenza, è urgente sviluppare un metodo semplice, controllabile e scalabile per produrre h-BNNS di alta qualità per applicazioni commerciali.
Nella loro nuova ricerca, ZHANG e il suo team hanno proposto un approccio scalabile e controllabile per esfoliare h-BNNS di alta qualità da fiocchi di h-BN.
"Questo metodo si basa sulla riduzione efficiente dell'interazione tra gli strati h-BNNS mediante una rapida espansione del volume dell'acqua nella glassa", ha affermato Zhang.
Generalmente, gli h-BNNS possono essere preparati utilizzando un processo di deposizione chimica da vapore (CVD) ed esfoliazione fisica. CVD può produrre h-BNNS monostrato monocristallino su scala wafer, mentre il processo di esfoliazione fisica può ottenere una produzione scalabile di h-BNNS di piccole dimensioni.
Sulla base di simulazioni di dinamica molecolare, i ricercatori hanno suggerito che i gruppi -OH possono causare una distorsione strutturale locale nei difetti/bordi dei fiocchi di h-BN per formare un "ingresso" per le molecole d'acqua che entrano nell'interstrato h-BNNS. Questo a sua volta presenta un numero sufficiente di legami idrogeno relativamente longevi che possono generare nuclei iniziali abbastanza compatti per la nucleazione del ghiaccio.
I nuclei iniziali cambiano quindi lentamente di forma e dimensione fino a raggiungere uno stadio che consente una rapida espansione quando la temperatura scende bruscamente. Ciò si traduce in un aumento della spaziatura tra gli strati e nella riduzione delle forze tra gli strati tra strati adiacenti di h-BNNS, nonché un'efficiente esfoliazione degli h-BNNS durante la successiva ultrasuoni.
"Regolando i parametri, questo processo di esfoliazione può essere utilizzato per produrre grandi quantità di diversi h-BNNS di alta qualità", ha affermato il dottor An Lulu, primo autore dello studio.
"Questo metodo offre un metodo ecologico per esfoliare gli h-BNNS con spessore controllabile mediante un rapido congelamento dell'acqua e il successivo processo di ultrasuoni. Questi h-BNNS ottenuti possono essere utilizzati come additivi polimerici, riempitivi termoconduttivi e ritardanti di fiamma", ha affermato Prof. Yu Yuanlie, corrispondente autore dello studio.
Questo studio è stato pubblicato su Cell Reports Physical Science . + Esplora ulteriormente
