Los investigadores de la Universidad de Rice han descubierto una forma de 'decorar' nanotubos de nitruro de boro eléctricamente aislantes con grupos funcionales, haciéndolos más adecuados para su uso con polímeros y materiales compuestos. Crédito:Grupo de Investigación Martí / Universidad Rice
Los nanotubos de nitruro de boro están preparados para convertirse en bloques de construcción efectivos para materiales compuestos y poliméricos de próxima generación basados en un nuevo descubrimiento de la Universidad de Rice, y uno anterior.
Los científicos de conocido por nano Rice han encontrado una manera de mejorar una clase única de nanotubos utilizando un proceso químico pionero en la universidad. El laboratorio Rice del químico Angel Martí aprovechó el proceso de reacción Billups-Birch para mejorar los nanotubos de nitruro de boro.
El trabajo se describe en la revista American Chemical Society Nano materiales aplicados por ACS .
Nanotubos de nitruro de boro, como sus primos de carbono, son láminas enrolladas de matrices hexagonales. A diferencia de los nanotubos de carbono, son híbridos eléctricamente aislantes hechos de átomos alternos de boro y nitrógeno.
Los nanotubos aislantes que se pueden funcionalizar serán un componente valioso para los proyectos de nanoingeniería, Dijo Martí. "Los nanotubos de carbono tienen propiedades excepcionales, pero solo puede obtenerlos en tipos de conductores semiconductores o metálicos, ", dijo." Los nanotubos de nitruro de boro son materiales complementarios que pueden llenar ese vacío ".
Hasta ahora, estos nanotubos han resistido firmemente la funcionalización, la "decoración" de estructuras con aditivos químicos que permite personalizarlas para las aplicaciones. Las mismas propiedades que dan fuerza y estabilidad a los nanotubos de nitruro de boro, especialmente a altas temperaturas, también los hacen difíciles de modificar para su uso en la producción de materiales avanzados.
Las imágenes del microscopio electrónico de transmisión muestran un nanotubo de nitruro de boro prístino a la izquierda y un nanotubo funcionalizado a la derecha. Los científicos de la Universidad de Rice han desarrollado un método para hacer que los nanotubos de nitruro de boro aislantes sean más aptos para su uso en materiales compuestos. Crédito:Grupo de Investigación Martí / Universidad Rice
Pero la reacción Billups-Birch desarrollada por el profesor emérito de química de Rice Edward Billups, que libera electrones para unirse con otros átomos, permitió a Martí y al autor principal Carlos de los Reyes dar una carga negativa a los nanotubos de nitruro de boro eléctricamente inertes.
Ese, Sucesivamente, los abrió a la funcionalización con otras moléculas pequeñas, incluyendo cadenas de carbono alifáticas.
"Funcionalizar los nanotubos modifica o afina sus propiedades, "Dijo Martí." Cuando están vírgenes son dispersables en el agua, pero una vez que unimos estas cadenas de alquilo, son extremadamente hidrófobos (evitan el agua). Luego, si los pone en disolventes muy hidrofóbicos como los que tienen hidrocarburos de cadena larga, son más dispersables que su forma prístina.
"Esto nos permite ajustar las propiedades de los nanotubos y facilitará dar el siguiente paso hacia los compuestos". ", dijo." Por eso, los materiales deben ser compatibles ".
Después de que descubrió el fenómeno, de los Reyes pasó meses intentando reproducirlo de forma fiable. "Hubo un período en el que tuve que hacer una reacción todos los días para lograr la reproducibilidad, ", dijo. Pero eso resultó ser una ventaja, ya que el proceso solo requirió alrededor de un día de principio a fin. "Esa es la ventaja sobre otros procesos para funcionalizar los nanotubos de carbono. Hay algunos que son muy efectivos, pero pueden tardar unos días ".
El asistente de investigación de la Universidad de Rice, Kendahl Walz Mitra, y el estudiante graduado Carlos de los Reyes trabajan con una muestra de nanotubos de nitruro de boro. Son los autores de un nuevo artículo que muestra cómo funcionalizar los nanotubos intrínsecamente aislantes para su uso en compuestos. Crédito:Grupo de Investigación Martí / Universidad Rice
El proceso comienza agregando gas amoniaco puro a los nanotubos y enfriándolos a -70 grados Celsius (-94 grados Fahrenheit). "Cuando se combina con el sodio, litio o potasio (usamos litio) crea un mar de electrones, "Dijo Martí." Cuando el litio se disuelva en el amoniaco, expulsa los electrones ".
Los electrones liberados se unen rápidamente a los nanotubos y proporcionan ganchos para otras moléculas. De los Reyes mejoró Billups-Birch cuando descubrió que agregar las cadenas de alquilo lentamente, en lugar de todos a la vez, mejoró su capacidad para unirse.
Los investigadores también descubrieron que el proceso es reversible. A diferencia de los nanotubos de carbono que se queman, Los nanotubos de nitruro de boro pueden soportar el calor. Colocar tubos de nitruro de boro funcionalizados en un horno a 600 grados Celsius (1, 112 grados Fahrenheit) los despojó de las moléculas agregadas y los devolvió a su estado casi prístino.
"Lo llamamos desfuncionalización, "Dijo Martí." Puedes funcionalizarlos para una aplicación y luego eliminar los grupos químicos para recuperar el material prístino. Eso es algo más que aporta el material que es un poco diferente ".
