Un equipo de la Universidad de Rice dirigido por los profesores Matteo Pasquali y Angel Martí ha simplificado el manejo de los nanotubos de gran valor para hacerlos más adecuados para aplicaciones a gran escala, incluidas la aeroespacial, la electrónica y los materiales energéticamente eficientes.

Los investigadores informaron en Nature Communications que los nanotubos de nitruro de boro, también conocidos como BNNT, se ensamblan en cristales líquidos en las condiciones adecuadas, principalmente concentraciones superiores a 170 partes por millón en peso en ácido clorosulfónico.

Estos cristales líquidos consisten en BNNT alineados que son mucho más fáciles de procesar que los nanotubos enredados que generalmente se forman en solución. El laboratorio procedió a formar fibras y películas a partir de las soluciones cristalinas líquidas.

"Las fibras BNNT son atractivas para la fabricación de una variedad de productos, con aplicaciones que van desde dispositivos portátiles hasta vehículos aeroespaciales", dijo Martí, cuyo laboratorio diseñó soluciones y ayudó a caracterizar las fibras producidas en el laboratorio de Pasquali.

Los nanotubos de nitruro de boro son como los nanotubos de carbono, pero alternan átomos de boro y nitrógeno en lugar de carbono en sus redes hexagonales. Ambos tipos de nanotubos son fuertes, pero a diferencia de los nanotubos de carbono eléctricamente conductores, los BNNT son buenos aislantes eléctricos y son térmica y químicamente estables en el aire hasta 900 grados Celsius (1652 grados Fahrenheit).

Para formar cristales líquidos, los investigadores necesitaban asegurarse de que sus nanotubos estuvieran libres de contaminantes. Desafortunadamente, esos contaminantes eran en su mayoría trozos de nitruro de boro que amenazaban con obstruir el trabajo.

"Las primeras muestras de BNNT contenían muchas estructuras de nitruro de boro que no eran nanotubos", dijo el estudiante graduado y autor principal Cedric Ginestra. "Se unieron químicamente a los BNNT o simplemente se adhirieron físicamente de una manera que impidió que los BNNT se dispersaran en ácido y se alinearan en concentraciones más altas.

"Es difícil separar estos alótropos de nitruro de boro de los BNNT, e incluso medir su concentración", dijo. "Todos los diferentes tipos de nitruro de boro parecen idénticos básicamente en todas las técnicas cuantitativas que hemos probado hasta ahora".

Trabajar con su proveedor para optimizar su proceso de purificación de BNNT para la formación de soluciones cristalinas líquidas y usar un proceso de purificación desarrollado en el laboratorio de Pasquali les ayudó a obtener mejores lotes de BNNT, dijo. Una vez que se produjo el material adecuado, el grupo Pasquali se preparó para adaptar rápidamente sus técnicas de hilado en húmedo para fibras de nanotubos de carbono para fabricar los primeros hilos de nitruro de boro con el proceso.

"Hay informes de otros que toman bocanadas sólidas de BNNT y las estiran y retuercen para hacer un hilo, pero eso es muy diferente de nuestro proceso", dijo Ginestra. "Nuestro objetivo era hacer una fibra muy alineada porque las propiedades son mejores a lo largo de los nanotubos".

Los cristales líquidos son el precursor ideal de las fibras porque los nanotubos que están dentro ya están alineados, dijo. La alineación de BNNT en los cristales líquidos se identificó microscópicamente por su birrefringencia, un fenómeno por el cual los cristales dividen la luz, como un prisma, incluso si parecen ser transparentes.

Las películas también demostraron cómo el procesamiento de la solución BNNT puede adoptar métodos desarrollados para nanotubos de carbono, dijo Ginestra. Estas películas delgadas transparentes podrían ser útiles en la electrónica de próxima generación. "Las propiedades de la fibra y la película de BNNT mejorarán a medida que mejore el material y nuestra comprensión de la solución cristalina líquida", dijo.

Martí señaló que las películas BNNT serían útiles como filtros para la luz ultravioleta, recubrimientos antiincrustantes y para la protección contra la corrosión. + Explora más

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