Una nanoestructura porosa tridimensional tendría un equilibrio de fuerza, dureza y capacidad para transferir calor que podría beneficiar a la nanoelectrónica, almacenamiento de gas y materiales compuestos que realizan múltiples funciones, según ingenieros de Rice University.

Los investigadores hicieron esta predicción mediante el uso de simulaciones por computadora para crear una serie de prototipos 3-D con nitruro de boro, un compuesto químico formado por átomos de boro y nitrógeno. Sus hallazgos fueron publicados en línea el 14 de julio en la Revista de química física C .

Los prototipos tridimensionales fusionan nanotubos de nitruro de boro unidimensionales y láminas bidimensionales de nitruro de boro.

"Combinamos los tubos y las láminas para hacerlos tridimensionales, ofreciendo así más funcionalidad, "dijo Rouzbeh Shahsavari, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental y de ciencia de materiales y nanoingeniería, quien fue coautor del artículo con el estudiante graduado Navid Sakhavand. En la nanoestructura 3-D, las láminas extremadamente delgadas de nitruro de boro se apilan en capas paralelas, con pilares en forma de tubo de nitruro de boro entre cada capa para mantener las hojas separadas.

Shahsavari señaló que en las versiones unidimensionales y bidimensionales del nitruro de boro, siempre hay un sesgo en las propiedades direccionales, ya sea hacia el eje del tubo o en direcciones en el plano, que no es adecuado para un uso 3-D generalizado en tecnología y aplicaciones industriales.

Por ejemplo, un nanotubo de nitruro de boro unidimensional se puede estirar alrededor del 20 por ciento de su longitud antes de romperse, pero el prototipo tridimensional de nitruro de boro se puede estirar alrededor del 45 por ciento de su longitud sin romperse.

Cuando los materiales típicos de nitruro de boro unidimensionales o bidimensionales se estiran en una dirección, tienden a encogerse en las otras direcciones perpendiculares. En el prototipo 3-D, sin embargo, cuando el material se estira en la dirección del plano, también se estira en direcciones perpendiculares. "Aquí, la unión entre los tubos y las láminas tiene una estructura única en forma de curva que contribuye a este interesante fenómeno, conocido como efecto auxético, "Dijo Shahsavari.

Las propiedades de transporte térmico del prototipo 3-D también son ventajosas, él dijo. Los tubos de nitruro de boro unidimensionales y las láminas bidimensionales pueden transportar calor muy rápido, pero solo en una o dos direcciones. El prototipo 3-D transporta calor relativamente rápido en todas las direcciones 3-D. "Esta característica es ideal para aplicaciones que requieren materiales o recubrimientos con la capacidad de difusión térmica extremadamente rápida a los entornos. Los ejemplos incluyen motores de automóviles o CPU de computadoras donde una rápida transferencia de calor a los entornos es fundamental para un funcionamiento adecuado. "Dijo Shahsavari.

El prototipo de nitruro de boro tridimensional tiene una estructura muy porosa y ligera. Cada gramo de esta estructura similar a un queso suizo tiene una superficie equivalente a tres canchas de tenis. Una superficie tan elevada se presta a aplicaciones personalizadas. Shahsavari y Sakhavand predijeron que el prototipo tridimensional de nitruro de boro permitiría un almacenamiento y una separación de gas eficientes, por ejemplo, en vehículos que funcionan con pilas de hidrógeno.

A diferencia de las nanoestructuras basadas en grafeno, El nitruro de boro es un material eléctricamente aislante. Por lo tanto, el prototipo de nitruro de boro 3-D tiene el potencial de complementar la nanoelectrónica basada en grafeno, incluido el potencial para la próxima generación de semiconductores 3-D y dispositivos de transporte térmico 3-D que podrían usarse en calorímetros a nanoescala, Procesos microelectrónicos y refrigeradores macroscópicos.

El prototipo real de nitruro de boro en 3D aún debe crearse en el laboratorio, y ya se están realizando numerosos esfuerzos. "Nuestras simulaciones por computadora muestran qué propiedades se pueden esperar de estas estructuras y cuáles son los factores clave que controlan su funcionalidad, "Dijo Shahsavari.