Autor y coautores con figura del artículo. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda:el autor principal Yuri Barsukov con los coautores Igor Kaganovich, Alexander Khrabry, Omesh Dwivedi, Sierra Jubin, Stephane Ethier. Créditos:Batalova Valentina, Elle Starkman / Oficina de Comunicaciones, Elle Starkman, Han Wei, Hannah Smith, Elle Starkman. Crédito:Elle Starkman.
Los científicos han identificado una vía química hacia un nanomaterial aislante innovador que podría conducir a una producción industrial a gran escala para una variedad de usos, incluso en trajes espaciales y vehículos militares. El nanomaterial, miles de veces más delgado que un cabello humano, más fuerte que el acero y no combustible:podría bloquear la radiación a los astronautas y ayudar a apuntalar el blindaje de los vehículos militares, por ejemplo.
Investigadores colaborativos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton (PPPL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han propuesto una vía química paso a paso para los precursores de este nanomaterial, conocidos como nanotubos de nitruro de boro (BNNT), lo que podría conducir a su producción a gran escala.
"Trabajo pionero"
El avance reúne la física del plasma y la química cuántica y es parte de la expansión de la investigación en PPPL. "Este es un trabajo pionero que lleva al Laboratorio en nuevas direcciones, "dijo el físico de PPPL Igor Kaganovich, investigador principal del proyecto BNNT y coautor del artículo que detalla los resultados en la revista Nanotecnología .
Los colaboradores identificaron los pasos clave de la ruta química como la formación de nitrógeno molecular y pequeños grupos de boro, que pueden reaccionar químicamente juntos cuando la temperatura creada por un chorro de plasma se enfría, dijo el autor principal Yuri Barsukov de la Universidad Politécnica Pedro el Grande de San Petersburgo. Desarrolló las vías de reacción química mediante la realización de simulaciones de química cuántica con la ayuda de Omesh Dwivedi, un pasante de PPPL de la Universidad de Drexel, y Sierra Jubin, estudiante de posgrado en el Programa de Princeton en Física del Plasma.
El equipo interdisciplinario incluyó a Alexander Khrabry, un ex investigador de PPPL ahora en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore que desarrolló un código termodinámico utilizado en esta investigación, y el físico de PPPL Stephane Ethier, quien ayudó a los estudiantes a compilar el software y configurar las simulaciones.
Los resultados resolvieron el misterio de cómo el nitrógeno molecular, que tiene el segundo enlace químico más fuerte entre los diatómicos, o moléculas de doble átomo, No obstante, puede romperse a través de reacciones con boro para formar varias moléculas de nitruro de boro, Dijo Kaganovich. "Pasamos una cantidad considerable de tiempo pensando en cómo obtener compuestos de nitruro de boro a partir de una mezcla de boro y nitrógeno, ", dijo." Lo que encontramos fue que pequeños racimos de boro, a diferencia de las gotas de boro mucho más grandes, interactúan fácilmente con las moléculas de nitrógeno. Es por eso que necesitábamos un químico cuántico para realizar los cálculos detallados de la química cuántica con nosotros ".
Los BNNT tienen propiedades similares a los nanotubos de carbono, que se producen por toneladas y se encuentran en todo, desde artículos deportivos y ropa deportiva hasta implantes dentales y electrodos. Pero la mayor dificultad de producir BNNT ha limitado sus aplicaciones y disponibilidad.
Vía química
La demostración de una vía química para la formación de precursores de BNNT podría facilitar la producción de BNNT. El proceso de síntesis de BNNT comienza cuando los científicos usan un 10, Chorro de plasma de 000 grados para convertir el gas de boro y nitrógeno en plasma que consta de electrones libres y núcleos atómicos, o iones, incrustado en un gas de fondo. Esto muestra cómo se desarrolla el proceso:
"Durante la síntesis a alta temperatura, la densidad de pequeños grupos de boro es baja, "Este es el principal impedimento para la producción a gran escala", dijo Barsukov.
Los hallazgos han abierto un nuevo capítulo en la síntesis de nanomateriales BNNT. "Después de dos años de trabajo, hemos encontrado el camino, ", Dijo Kaganovich." A medida que el boro se condensa, forma grandes grupos con los que el nitrógeno no reacciona. Pero el proceso comienza con pequeños grupos con los que reacciona el nitrógeno y todavía hay un porcentaje de pequeños grupos a medida que las gotas crecen. " él dijo.
"La belleza de este trabajo, "añadió, "es que, dado que teníamos expertos en plasma, mecánica de fluidos y química cuántica, podíamos pasar por todos estos procesos juntos en un grupo interdisciplinario. Ahora tenemos que comparar la posible salida de BNNT de nuestro modelo con experimentos. Esa será la siguiente etapa del modelado . "
