تولید رشته‌های طویل حاوی نانولوله که با چشم غیرمسلح نیز دیده می‌شوند

پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و دانشگاه توکیو ساختار‌هایی در مقیاس سانتی‌متری تولید کرده‌اند، به اندازه‌ای بزرگ که با چشم بتوان آن‌ها را دید.

کد خبر: ۱۰۴۱۱۰۹

شنبه - ۱۴ آبان ۱۴۰۱ / November 05, 2022

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و دانشگاه توکیو ساختار‌هایی در مقیاس سانتی‌متری تولید کرده‌اند، به اندازه‌ای بزرگ که با چشم بتوان آن‌ها را دید. این ساختار‌ها حاوی صد‌ها میلیارد الیاف توخالی تراز یا نانولوله‌های ساخته شده از نیترید بور شش ضلعی هستند.

نیترید بور شش ضلعی یا hBN، یک ماده نازک تک اتمی است که به دلیل ظاهر شفاف و شباهت آن به گرافن، به عنوان «گرافن سفید» نیز خوانده می‌شود. این ماده می‌تواند دما‌های بالاتری را نسبت به گرافن تحمل کند و به جای رسانایی، عایق الکتریکی است. هنگامی که hBN در لوله‌های نانومتری یا نانولوله‌ها قرار می‌گیرد، خواص استثنایی آن به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

در مقاله‌ای که این تیم تحقیقاتی در مجله ACS Nano منتشر کرد، مسیری برای ساخت نانولوله‌های نیترید بور تراز (A-BNNTs) با حجم انبوه، ارائه شده است. محققان قصد دارند از این روش برای ساخت آرایه‌هایی در مقیاس بزرگ از این نانولوله‌ها استفاده کنند، که می‌توانند با مواد دیگر ترکیب شوند تا کامپوزیت‌های قوی‌تر و مقاوم‌تر در برابر حرارت به‌عنوان مثال برای محافظت از سازه‌های فضایی و هواپیما‌های مافوق صوت، بسازند.

از آنجایی که hBN شفاف و عایق الکتریکی است، این تیم در نظر دارد که BNNT‌ها را در پنجره‌های شفاف ترکیب کرده و از آن‌ها برای عایق‌کاری الکتریکی حسگر‌ها در دستگاه‌های الکترونیکی استفاده کند. این تیم همچنین در حال بررسی راه‌هایی برای بافتن نانوالیاف در غشا‌ها برای فیلتر کردن آب است.

برایان واردل، پروفسور هوانوردی و فضانوردی در MIT، نتایج این تیم را به تلاش مداوم دانشمندان برای تولید نانولوله‌های کربنی در مقیاس انبوه تشبیه می‌کند.

واردل می‌گوید: «در سال ۱۹۹۱، نانولوله کربنی به‌عنوان یک ترکیب جالب شناسایی شد، اما ۳۰ سال است که نانولوله‌های کربنی هم‌تراز شده حجیم با ابعاد بزرگ تولید نشده است. حدود ۲۰ سال است که برای رسیدن به نسخه‌های بزرگ نانولوله‌های نیترید بور تراز شده، کار می‌کنیم.»

یافتن راه‌هایی برای سنتز BNNT‌های پایدار و با کیفیت بالا چالش برانگیز است. تعداد انگشت شماری از تلاش‌ها برای انجام این کار باعث تولید الیاف با کیفیت پایین و غیرهمتراز شده است.

واردل می‌گوید: «اگر بتوانید آن‌ها را تراز کنید، شانس بیشتری برای استفاده از ویژگی‌های BNNT در مقیاس بزرگ برای ساختن دستگاه‌های واقعی، کامپوزیت‌ها و غشا‌ها خواهید داشت.»

در سال ۲۰۲۰، رونگ شیانگ و همکارانش در دانشگاه توکیو دریافتند که می‌توانند نانولوله‌های نیترید بور با کیفیت بالا را با استفاده از روش معمول رسوب بخار شیمیایی برای رشد جنگلی از نانولوله‌ها کوتاه و چند میکرونی تولید کنند. سپس این جنگل‌ها را با پیش‌ساز‌های بور و گاز نیتروژن پوشاندند، که وقتی در یک کوره در دمای بالا پخته می‌شوند، روی نانولوله‌های کربنی متبلور شده و نانولوله‌های باکیفیت از نیترید بور شش ضلعی با نانولوله‌های کربنی داخل آن تشکیل شود.

در این مطالعه جدید، محققان رویکرد شیانگ را گسترش داده و مقیاس‌بندی کرده‌اند و اساساً نانولوله‌های کربنی زیرین را حذف کرده و نانولوله‌های بلند نیترید بور را به تنهایی رشد دادند. ابتدا مراحلی را که شیانگ برای سنتز نانولوله‌های کربنی با پوشش نیترید بور انجام داد، بازتولید کردند. از آنجایی که hBN نسبت به نانولوله‌کربنی در برابر دما‌های بالاتر مقاوم است، این تیم گرما را افزایش داد تا داربست نانولوله کربنی سیاه زیرین را بسوزاند، در حالی که نانولوله‌های نیترید بور شفاف و مستقل را دست نخورده باقی بمانند.