Bor Nitrid Nanotubes und Nanosheets - Einleitung und Neue Fortschritte

Professor Dmitri Golberg, Nanotube-Gruppenleiter, Projektleiter, Internationale Mitte für Materialien Nanoarchitectonics (MANA), Nationales Institut für Material-Wissenschaft (NIMS), Tsukuba, Japan
Entsprechender Autor: GOLBERG. Dmitri@nims.go.jp

Einleitung

Sechseckiges Bornitrid (HCBN) ist ein überlagertes Material mit einer Graphit-artigen Zelle, in der planare Netze von BN-Hexagonen regelmäßig gestapelt werden. Als strukturelle Entsprechung von Kohlenstoff nanotubes (CNTs) wurde ein BN (BNNT) nanotube erstens im Jahre 1994 vorausgesagt1 und das nächste Jahr synthetisierte.2 Seit damals hat es gewordenes der faszinierendsten Nichtkohlenstoff nanostructures.3

Verglichen mit metallischem oder Halbleiter-CNTs, ist ein BNNT ein elektrischer Isolator mit einem bandgap von eV CA 5,8, im Allgemeinen unabhängig von der Gefäßgeometrie. BNNTs besitzen großartige Chemikalie und Wärmebeständigkeit, ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und hohe Wärmeleitfähigkeit. Solche eindeutigen Merkmale stellen diese Gefäße her, die in einer Vielzahl von Bereichen wie nanodevices, Funktionszusammensetzungen, Wasserstoffdruckspeichern, Usw. versprechen.

Darüber hinaus haben neue Durchbrüche, wenn sie ein neues C-Formular - graphene - ein einlagiges des Graphits studierten, zur Forschungsvordersten reihe die Fragen des Bestehens und der Stabilität seiner BN-Entsprechung - ein BN nanosheet, Abbildung 1. geholt.

Abbildung 1. Strukturelle Baumuster von einem monoatomischen Blatt der BN und von einem einzel-geschälten BN nanotube. Wechselnde B- und N-Atome werden in Blauem und in Rotem gezeigt.

Neue Fortschritte

Beträchtlicher Fortschritt ist innerhalb unserer Gruppe an NIMS betreffend die Maße der Synthese, der strukturellen Analyse und des Eigentums von mehrwandigem BNNTs und von nanosheets erzielt worden. Die nanotubes werden aktuell in den Grammstufenmengen in einem einzelnen Bodenlauf, Abbildung 2. synthetisiert.4 Die BN nanosheets wurden auch an einem hohen Ertrag unter hBN ultrasonication vorbereitet.5

Abbildung 2. (a) Synthese von mehrwandigen BN nanotubes unter Verwendung MgO-, B- und FeO-Vorläufer in einem vertikalen Induktionsofen an ~1500°C;4 (b) Fotobilder eines BNNT-Produktes; (c, d) SEM- und TEM-Bilder; (e) Histogramme der externen Gefäßdurchmesserverteilung.

Elektrische und mechanische Eigenschaften der Gefäße/der Blätter wurden in einem Durchstrahlungselektronenmikroskop und (TEM) in einem Atomkraftmikroskop studiert (AFM). Das Elastizitätsmodul von nanotubes wurde so hoch wie ~0,8 TPa, Abbildung 3, während6 der verbiegende Modul von BN nanosheets ~30 GPa erreichte, Abbildung 4. gemessen.7

Abbildung 3. (a, B) Bilder eines mehrwandigen BN nanotube unter seinem Verbiegen und dem Neuladen in TEM. Das Gefäß stellt völlig seine ursprüngliche Form wegen seiner großartigen Elastizität und Flexibilität zurück. Die Einfügungen herein (a, B) Show das gleiche Gefäß an einer Niedrigvergrößerung; c) Eine Skizze, die ein konstruiertes Deformationsexperiment innerhalb TEM unter Verwendung eines Si FLUGHANDBUCH-Kragbalkens zeigt. Die Kraftdistanzadresse Kurve wird mit TEM-Darstellung aufgezeichnet.6

 

Abbildung 4. (a) FLUGHANDBUCH-Topographiebild eines Ti/Au Kontakt-klemmte BN nanosheet fest, das unter den Graben einer Si-/SiOsubstratfläche2 gelegt wurde; und (b) der gemessene verbiegende Modul von BN nanosheets als Funktion ihrer Abmessungen.7

Die Leistung von BNNTs in einer hohen elektrischen schrägen Einfuhrüberwachung wurde auch analysiert.8,9 Wegen des ioinicity eines B-Nanleihe, wurde die BN-Gefäßzersetzungstemperatur gefunden, um zu einem angewandten elektrischen Bereich, Abbildung 5. proportional zu sein.

Abbildung 5. A) ein einzelnes mehrwandiges BN nanotube gelegt zwischen zwei Metallkontakte in STM-TEM und bis ~140 V. beeinflußt.8 Das Aussehen von den formlosen B-Kugeln (arrowed) unter chemischer Aufspaltung des Gefäßes ist offensichtlich. B und elementare Karten N eines zerlegten Gefäßes werden in den Einfügungen gezeigt; B) Farbunterlegte Karte der kinetischen Energie der Atome in einem BN nanotube gelegt auf einem elektrischen Gebiet an bestimmter Temperatur.9 Experimentelle Daten (Kreise) breiteten um eine äquipotentiale Zeile von 0,165 eV aus. Die Zeile Hits K 1910 (normale Temperatur der thermischen Aufspaltung der BN) an einem null elektrischen Bereich.

Zusammenfassend sollte es hervorgehoben werden, dass die reichen Anwendungspotentiale von BN nanotubes und nanosheets, die lang im Schatten ihrer populären C-Kollegen gewesen sind, in großem Maße unterschätzt worden und ausführlichere Erklärungen verdienen sind.


Bezüge

1. A. Rubio, J.L. Corkill, M.L. Cohen, „Theorie Graphitbornitrid nanotube“, Phys. Rev. B 49, 5081 (1994).
2. N.G. Chopra, R.J. Luyken, K. Cherrey, V.H. Crespi, M.L. Cohen, S.G. Louie, A. Zettl, „Bornitrid nanotubes“, Wissenschaft 269, 966 (1995).
3. D. Golberg, Y. Bando, C.C. Tang, C.Y. Zhi, „Bornitrid nanotubes“, Adv. Mater. 19, 2413 (2007).
4. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, D. Golberg, „Effektiver Vorläufer für hohe Ertragsynthese von reinen BN nanotubes“, Magnetspule. St. Comm. 135, 67 (2005).
5. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, H. Kuwahara, D. Golberg, „Umfangreiche Fälschung von Wenig-Atom-schicht Bornitrid nanosheets und von ihrer Nutzung in den polymerischen Zusammensetzungen mit verbesserten thermischen und mechanischen Eigenschaften“, Adv. Mater. 21, 2889 (2009).
6. D. Golberg D., P.M.F.J-Costa, O. Lourie, M. Mitome, C.C. Tang, C.Y. Zhi, K. Kurashima, Y. Bando, „Direkte Kraftmessungen und Knick unter elastischer Deformation von einzelnen mehrwandigen Bornitrid nanotubes“, Nano--Lett.7, 2146 (2007).
7. C. Li, Y. Bando, C.Y. Zhi, Y. Huang, D. Golberg, „Stärke-Abhängiger verbiegender Modul von sechseckigen Bornitrid nanosheets“, Nanotechnologie 20, 385707 (2009).
8. Z. zeichnete Xu, D. Golberg, Y. Bando, „In-situ- TEM-STM Kinetik von Bornitrid nanotube Versagen unter Stromstärke“, Nano--Lett auf. 9, 2251 (2009).
9. Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, „Elektrische Bereich-unterstützte thermische Aufspaltung von Bornitrid nanotube: Experimente und Berechnungen des ersten Prinzips“, Chem. Phys. Lett. 480, 110 (2009).

Copyright AZoNano.com, Professor Dmitri Golberg (Nationales Institut für Material-Wissenschaft (NIMS))

Date Added: Feb 21, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:24

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