Una ilustración compara hojuelas de nitruro de boro hexagonal, arriba, y nitruro de boro turboestrático, abajo, este último sintetizado a través del proceso de calentamiento instantáneo Joule desarrollado en Rice. Los materiales bidimensionales son turboestráticos cuando las interacciones entre sus capas son débiles, lo que los hace más fáciles de separar y solubilizar. Crédito:Grupo de viaje
Los científicos de la Universidad de Rice que "destellan" materiales para sintetizar sustancias como el grafeno han centrado su atención en el nitruro de boro, muy apreciado por su estabilidad térmica y química.
El proceso del laboratorio de Rice del químico James Tour expone un precursor del calentamiento y enfriamiento rápidos para producir materiales bidimensionales, en este caso nitruro de boro puro y nitruro de carbono de boro. Hasta ahora, ambos han sido difíciles de crear a granel y casi imposibles de producir en forma fácilmente soluble.
El informe del laboratorio en Advanced Materials detalla cómo se puede ajustar el calentamiento instantáneo Joule, una técnica introducida por el laboratorio Tour en 2020, para preparar copos microscópicos purificados de nitruro de boro con diversos grados de carbono.
Los experimentos con el material demostraron que las escamas de nitruro de boro se pueden usar como parte de un poderoso recubrimiento anticorrosivo.
"El nitruro de boro es un material 2D muy buscado", dijo Tour. "Poder hacerlo a granel, y ahora con cantidades mixtas de carbono, lo hace aún más versátil".
A nanoescala, el nitruro de boro se presenta en varias formas, incluida una configuración hexagonal que se parece al grafeno pero con átomos de boro y nitrógeno alternados en lugar de carbono. El nitruro de boro es suave, por lo que a menudo se usa como lubricante y como aditivo para cosméticos, y también se encuentra en compuestos cerámicos y metálicos para mejorar su capacidad para manejar altas temperaturas.
Partículas de nitruro de boro instantáneo cortadas mecánicamente, vistas a través de un microscopio electrónico de barrido. La flecha muestra la dirección de la fuerza de corte aplicada al material. El proceso de calentamiento flash Joule desarrollado en Rice crea materiales turboestráticos con interacciones débiles entre capas, lo que los hace más fáciles de separar. Crédito:Grupo de viaje
El ingeniero químico de Rice, Michael Wong, informó recientemente que el nitruro de boro es un catalizador eficaz para ayudar a destruir el PFAS, un "químico permanente" peligroso que se encuentra en el medio ambiente y en los humanos.
El calentamiento Flash Joule consiste en colocar materiales fuente entre dos electrodos en un tubo y enviar una descarga rápida de electricidad a través de ellos. Para el grafeno, los materiales pueden ser casi cualquier cosa que contenga carbono, y los desechos de alimentos y las piezas de plástico usadas de automóviles son solo dos ejemplos. El proceso también ha aislado con éxito elementos de tierras raras de cenizas volantes de carbón y otras materias primas.
En experimentos dirigidos por el estudiante graduado de Rice Weiyin Chen, el laboratorio alimentó borano de amoníaco (BH3 NH3 ) en la cámara flash con cantidades variables de negro de humo, según el producto deseado. Luego, la muestra se brilló dos veces, primero con 200 voltios para desgasificar la muestra de elementos extraños y nuevamente con 150 voltios para completar el proceso, con un tiempo de destello total de menos de un segundo.
Las imágenes del microscopio mostraron que los copos son turboestráticos, es decir, desalineados como placas mal apiladas, con interacciones debilitadas entre ellos. Eso hace que los copos sean fáciles de separar.
También son fácilmente solubles, lo que condujo a los experimentos anticorrosión. El laboratorio mezcló nitruro de boro flash con alcohol polivinílico (PVA), pintó el compuesto sobre una película de cobre y expuso la superficie a oxidación electroquímica en un baño de ácido sulfúrico.
El compuesto flash demostró ser un 92 % mejor para proteger el cobre que el PVA solo o un compuesto similar con nitruro de boro hexagonal comercial. Las imágenes microscópicas mostraron que el compuesto creó "vías de difusión tortuosas para electrolitos corrosivos" para llegar al cobre y también impidió que los iones metálicos migraran.
Chen dijo que la conductividad del precursor se puede ajustar no solo agregando carbono sino también con hierro o tungsteno.
Dijo que el laboratorio ve potencial para mostrar materiales adicionales. "Los precursores que se han utilizado en otros métodos, como la deposición de vapor hidrotermal y químico, se pueden probar en nuestro método flash para ver si podemos preparar más productos con características metaestables", dijo Chen. "Hemos demostrado carburos metálicos de fase metaestable intermitente y dicalcogenuros de metales de transición, y esta parte merece más investigación". El grafeno se mejora mediante el flasheo
