En química, la estructura lo es todo. Los compuestos con la misma fórmula química pueden tener diferentes propiedades según la disposición de las moléculas que los componen. Y los compuestos con una fórmula química diferente pero una disposición molecular similar pueden tener propiedades similares.
El grafeno y una forma de nitruro de boro llamado nitruro de boro hexagonal se incluyen en el último grupo. El grafeno está formado por átomos de carbono. El nitruro de boro, BN, está compuesto por átomos de boro y nitrógeno. Si bien sus fórmulas químicas difieren, tienen una estructura similar, tan similar que muchos químicos llaman al nitruro de boro hexagonal "grafeno blanco".
El grafeno a base de carbono tiene muchas propiedades útiles. Es delgado pero resistente y conduce muy bien el calor y la electricidad, lo que lo hace ideal para su uso en electrónica.
De manera similar, el nitruro de boro hexagonal tiene una serie de propiedades similares al grafeno que podrían mejorar las imágenes biomédicas y la administración de medicamentos, así como las computadoras, los teléfonos inteligentes y los LED. Los investigadores han estudiado este tipo de nitruro de boro durante muchos años.
Pero el nitruro de boro hexagonal no es la única forma útil en la que se presenta este compuesto.
Como ingenieros de materiales, nuestro equipo de investigación ha estado investigando otro tipo de nitruro de boro llamado nitruro de boro cúbico. Queremos saber si combinar las propiedades del nitruro de boro hexagonal con el nitruro de boro cúbico podría abrir la puerta a aplicaciones aún más útiles.
El nitruro de boro hexagonal es, como se puede imaginar, moléculas de nitruro de boro dispuestas en forma de hexágono plano. Tiene forma de panal, como el grafeno. El nitruro de boro cúbico tiene una estructura reticular tridimensional y parece un diamante a nivel molecular.
H-BN es fino, suave y se utiliza en cosmética para darles una textura sedosa. No se derrite ni se degrada incluso bajo calor extremo, lo que también lo hace útil en electrónica y otras aplicaciones. Algunos científicos predicen que podría usarse para construir un escudo contra la radiación para naves espaciales.
El C-BN es duro y resistente. Se utiliza en la fabricación para fabricar herramientas de corte y taladros, y puede mantener su filo incluso a altas temperaturas. También puede ayudar a disipar el calor en los dispositivos electrónicos.
Aunque h-BN y c-BN pueden parecer diferentes, cuando se combinan, nuestra investigación ha descubierto que tienen incluso más potencial que cualquiera de ellos por separado.
Ambos tipos de nitruro de boro conducen calor y pueden proporcionar aislamiento eléctrico, pero uno, h-BN, es blando y el otro, c-BN, es duro. Por eso queríamos ver si se podían utilizar juntos para crear materiales con propiedades interesantes.
Por ejemplo, combinar sus diferentes comportamientos podría hacer que un material de recubrimiento sea eficaz para aplicaciones estructurales de alta temperatura. El C-BN podría proporcionar una fuerte adhesión a una superficie, mientras que las propiedades lubricantes del h-BN podrían resistir el desgaste. Ambos juntos evitarían que el material se sobrecaliente.
Esta clase de materiales no se produce de forma natural, por lo que los científicos deben fabricarlos en el laboratorio. En general, ha sido difícil sintetizar c-BN de alta calidad, mientras que h-BN es relativamente más fácil de fabricar en forma de películas de alta calidad, utilizando lo que se denomina métodos de deposición en fase de vapor.
En la deposición en fase de vapor, calentamos materiales que contienen boro y nitrógeno hasta que se evaporan. Luego, las moléculas evaporadas se depositan sobre una superficie, se enfrían, se unen y forman una fina película de BN.
Nuestro equipo de investigación ha trabajado en la combinación de h-BN y c-BN utilizando procesos similares a la deposición en fase de vapor, pero también podemos mezclar polvos de los dos. La idea es construir un material con la combinación adecuada de h-BN y c-BN para propiedades térmicas, mecánicas y electrónicas que podamos ajustar.
Nuestro equipo ha descubierto que la sustancia compuesta obtenida a partir de la combinación de ambas formas de BN tiene una variedad de aplicaciones potenciales. Cuando apuntas un rayo láser a la sustancia, parpadea intensamente. Los investigadores podrían utilizar esta propiedad para crear pantallas de visualización y mejorar las terapias de radiación en el campo médico.
También descubrimos que podemos adaptar qué tan conductor de calor es el material compuesto. Esto significa que los ingenieros podrían utilizar este compuesto BN en máquinas que gestionen el calor. El siguiente paso es intentar fabricar placas grandes hechas de un compuesto de h-BN y c-BN. Si se hace con precisión, podemos adaptar las propiedades mecánicas, térmicas y ópticas a aplicaciones específicas.
En electrónica, h-BN podría actuar como dieléctrico (o aislante) junto con el grafeno en ciertos dispositivos electrónicos de baja potencia. Como dieléctrico, h-BN ayudaría a que los dispositivos electrónicos funcionen de manera eficiente y mantengan su carga.
C-BN podría trabajar junto con el diamante para crear materiales de banda prohibida ultraancha que permitan que los dispositivos electrónicos funcionen a una potencia mucho mayor. Tanto Diamond como c-BN conducen bien el calor y juntos podrían ayudar a enfriar estos dispositivos de alta potencia, que generan mucho calor adicional.
H-BN y c-BN por separado podrían dar lugar a productos electrónicos que funcionen excepcionalmente bien en diferentes contextos; juntos, también tienen una gran cantidad de aplicaciones potenciales.
Nuestro compuesto BN podría mejorar los disipadores de calor y los aislantes, y podría funcionar en máquinas de almacenamiento de energía como supercondensadores, que son dispositivos de almacenamiento de energía de carga rápida, y baterías recargables.
Continuaremos estudiando las propiedades del BN y cómo podemos usarlo en lubricantes, recubrimientos y superficies resistentes al desgaste. Desarrollar formas de aumentar la producción será clave para explorar sus aplicaciones, desde la ciencia de los materiales hasta la electrónica e incluso la ciencia ambiental.
Información de la revista: Nanoletras
Proporcionado por The Conversation
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original. 
