تولید الیافی مستحکم و مقاوم از جنس نیترید بور با فرآیند ریسندگی مرطوب

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان دانشگاه رایس اولین الیاف مستحکم و مقاوم در برابر حرارت را از فرآیند ریسندگی مرطوب ایجاد کردند. به گفته محققان این پروژه، پردازش نانولوله‌های نیترید بور در گذشته سخت بود، اما با این فناوری جدید، تولید این نانولوله‌ها دیگر دشوار نیست.

این دستاورد محققان، کار با نانولوله‌های بسیار ارزشمند را ساده‌تر کرده است تا آن‌ها را برای کاربرد در مقیاس بزرگ، از جمله هوافضا، الکترونیک و انرژی، مناسب‌تر کند.

محققان در مقاله‌ای که در نشریه Nature Communications منتشر کردند، گزارش دادند که نانولوله‌های نیترید بور، BNNT، را در شرایط مناسب به بلور‌های مایع عمدتاً با غلظت‌های بالای ۱۷۰ قسمت در میلیون در اسید کلروسولفونیک تبدیل می‌کنند.

این بلور‌های مایع از BNNT‌های هم تراز تشکیل شده‌اند که پردازش آن‌ها بسیار ساده‌تر از نانولوله‌های درهم پیچیده‌ای است که معمولاً در محلول تشکیل می‌شوند. این آزمایشگاه اقدام به تشکیل الیاف و فیلم از محلول‌های بلوری مایع کرد.

مارتی، که در آزمایشگاه خود راه‌حل‌هایی را طراحی کرده و به شناسایی الیاف تولید شده در آزمایشگاه پاسکوالی کمک کرده است، گفت: «الیاف BNNT برای تولید انواع مختلف محصولات، با کاربرد‌هایی که از پوشیدنی‌ها تا وسایل نقلیه هوافضا، جذاب هستند.»

نانولوله‌های نیترید بور مانند نانولوله‌های کربنی هستند با این تفاوت که اتم‌های بور و نیتروژن به صورت متناوب به جای کربن در شبکه‌های شش ضلعی قرار گرفته‌اند. هر دو نوع نانولوله‌ها قوی هستند، اما برخلاف نانولوله‌های کربنی رسانای الکتریکی، BNNT‌ها عایق‌های الکتریکی خوبی هستند و از نظر حرارتی و شیمیایی در هوا تا دمای ۹۰۰ درجه سانتیگراد (۱۶۵۲ درجه فارنهایت) پایدار هستند.

برای تشکیل بلور‌های مایع، محققان باید مطمئن شوند که نانولوله‌های آن‌ها عاری از آلاینده‌ها هستند. سدریک جینسترا، نویسنده ارشد این مقاله گفت: «نمونه‌های اولیه BNNT حاوی ساختار‌های نیترید بور غیر نانولوله‌ای زیادی بودند. آن‌ها یا از نظر شیمیایی به BNNT‌ها متصل بودند یا فقط از نظر فیزیکی به گونه‌ای چسبیده بودند که از پراکندگی BNNT‌ها در اسید و تراز شدن آن‌ها در غلظت‌های بالاتر جلوگیری می‌کرد.»

او گفت: «تفکیک این آلوتروپ‌های نیترید بور از BNNT‌ها دشوار است و حتی اندازه گیری غلظت آن‌ها دشوار است. همه انواع مختلف نیترید بور اساساً با هر روش کمّی که تاکنون امتحان کرده‌ایم یکسان به نظر می‌رسند.»

او گفت که همکاری با تامین‌کننده آن‌ها برای بهینه‌سازی فرآیند تصفیه BNNT برای تشکیل محلول‌های بلوری مایع و استفاده از فرآیند تصفیه توسعه یافته در آزمایشگاه پاسکوالی به آن‌ها کمک کرد تا دسته‌های بهتری از BNNT‌ها را بدست آورند. پس از تولید مواد مناسب، گروه پاسکوالی آماده شد تا به سرعت روش‌های ریسندگی مرطوب خود را برای الیاف نانولوله‌های کربنی وفق دهد تا اولین رشته‌های نیترید بور را با این فرآیند بسازند.»

او گفت که بلور‌های مایع پیش ساز ایده‌آلی برای الیاف هستند، زیرا نانولوله‌ها از قبل هم تراز شده‌اند. هم ترازی BNNT در بلور‌های مایع به صورت میکروسکوپی شناسایی شد.

وی خاطرنشان کرد که فیلم‌های BNNT به عنوان فیلتر برای نور ماوراء بنفش، پوشش‌های ضد رسوب و محافظت در برابر خوردگی مفید هستند.