Production de fibres de nanotubes de nitrure de bore stables et résistantes à la chaleur


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Les cristaux liquides de de nitrure de bore sont facilement extrudés en fibres à l’aide d’un procédé développé à l’Université Rice. Les fibres pourraient être utiles pour les applications aérospatiales et électroniques, et comme matériaux économes en énergie. Crédit photo : Groupe de recherche Pasquali

Une équipe de l’Université Rice dirigée par les professeurs Matteo Pasquali et Angel Martí a simplifié la manipulation des nanotubes extrêmement précieux pour les rendre plus adaptés aux applications à grande échelle, notamment l’aérospatiale, l’électronique et les matériaux économes en énergie.

Les chercheurs ont pris contact communication nature que les nanotubes de nitrure de bore, également connus sous le nom de BNNT, s’auto-assemblent en cristaux liquides dans les bonnes conditions, principalement des concentrations supérieures à 170 parties par million en poids dans l’acide chlorosulfonique.

Ces cristaux liquides sont constitués de BNNT alignés, qui sont beaucoup plus faciles à traiter que les nanotubes enchevêtrés qui se forment généralement en solution. Le laboratoire a procédé à la formation de fibres et de films à partir des solutions cristallines liquides.

« Les fibres BNNT sont attrayantes pour la fabrication d’une variété de produits avec des applications allant des appareils portables aux véhicules aérospatiaux », a déclaré Martí, dont le laboratoire a développé des solutions et aidé à caractériser les fibres fabriquées dans le laboratoire de Pasquali.

Les nanotubes de nitrure de bore sont comme les nanotubes de carbone mais avec des atomes de bore et d’azote alternés au lieu de carbone dans leur réseau hexagonal. Les deux types de nanotubes sont solides, mais contrairement aux nanotubes de carbone électriquement conducteurs, les BNNT sont de bons isolants électriques et sont thermiquement et chimiquement stables dans l’air jusqu’à 900 degrés Celsius (1 652 degrés Fahrenheit).

Afin de former des cristaux liquides, les chercheurs devaient s’assurer que leurs nanotubes étaient exempts de contaminants. Malheureusement, ces contaminants étaient principalement des morceaux de nitrure de bore, qui menaçaient d’encrasser l’ouvrage.

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Un enchevêtrement de nanotubes de nitrure de bore non transformé vu à travers un microscope électronique à balayage. Les scientifiques de l’Université Rice ont introduit une méthode pour les combiner en fibres en utilisant le processus de filage humide personnalisé qu’ils ont développé pour produire des fibres de nanotubes de carbone. Crédit photo : Groupe de recherche Pasquali

« Les premiers échantillons de BNNT contenaient de nombreuses structures de nitrure de bore non nanotubes », a déclaré le doctorant et auteur principal Cedric Ginestra. « Ils étaient soit liés chimiquement aux BNNT, soit simplement attachés physiquement d’une manière qui empêchait les BNNT de se répartir dans l’acide et de s’aligner à des concentrations plus élevées.

« Il est difficile de séparer ces allotropes de nitrure de bore des BNNT, et il est même difficile de mesurer leur concentration », a-t-il déclaré. « Tous les différents types de nitrure de bore semblent être identiques dans pratiquement toutes les techniques quantitatives que nous avons essayées jusqu’à présent. »

Travailler avec leur fournisseur pour optimiser leur processus de purification de BNNT pour la formation de solutions cristallines liquides et utiliser un processus de purification développé au laboratoire Pasquali les a aidés à obtenir de meilleurs lots de BNNT, a-t-il déclaré. Une fois qu’un matériau approprié a été produit, le groupe Pasquali était prêt à adapter rapidement ses techniques de filature humide de fibres de nanotubes de carbone pour produire les premiers filaments de nitrure de bore en utilisant le procédé.

« Il y a eu des rapports d’autres personnes prenant des bouffées solides de BNNT et les étirant et les tordant pour en faire un fil, mais c’est très différent de notre processus », a déclaré Ginestra. « Notre objectif était de fabriquer une fibre très fortement alignée car les propriétés sont meilleures sur toute la longueur des nanotubes. »

Les cristaux liquides sont le précurseur idéal des fibres car les nanotubes qu’ils contiennent sont déjà alignés, a-t-il déclaré. L’orientation BNNT dans les cristaux liquides a été identifiée au microscope par sa biréfringence, un phénomène dans lequel les cristaux divisent la à la manière d’un prisme, même lorsqu’ils semblent clairs.

Les films ont également montré comment le traitement de la solution BNNT peut adopter des méthodes développées pour les nanotubes de carbone, a déclaré Ginestra. De tels films minces transparents pourraient être utiles dans l’électronique de nouvelle génération. « Les propriétés de la feuille et des fibres de BNNT s’amélioreront à mesure que le matériau et notre compréhension de la solution cristalline liquide s’amélioreront », a-t-il déclaré.

Martí a noté que les films BNNT seraient utiles comme filtres de lumière ultraviolette, revêtements antisalissures et protection contre la corrosion.


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Plus d’information:
Cedric J. Simonsen Ginestra et al, Cristaux liquides de nanotubes de nitrure de bore pur et leur assemblage en matériaux macroscopiques ordonnés, communication nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-30378-5

Fourni par l’Université Rice

Citation: Création de fibres de nanotubes de nitrure de bore stables et tolérantes à la (23 juin 2022), extrait le 23 juin 2022 de https://phys.org/news/2022-06-heat-tolerant-stable-boron-nitride-nanotube.html

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