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Nitruro de Boro Nanotubes y Nanosheets - Introducción y Avances Recientes

Profesor Dmitri Golberg, Arranque De Cinta del Grupo de Nanotube, Investigador Principal, Centro Internacional para los Materiales Nanoarchitectonics (MANA), Instituto Nacional para la Ciencia Material (NIMS), Tsukuba, Japón
Autor Correspondiente: GOLBERG. Dmitri@nims.go.jp

Introducción

El nitruro de boro Hexagonal (h-BN) es un material acodado con un grafito-tipo estructura en el cual las redes planares de los hexágonos de los BN se empilen regularmente. Como análogo estructural de los nanotubes del carbón (CNTs) un nanotube de los BN (BNNT) en primer lugar fue predicho en 19941 y sintetizó el próximo año.2 Desde entonces, tiene convertido de los nanostructures más intrigantes del no-carbón.3

Comparado con CNTs metálico o semiconductor, un BNNT es un aislador eléctrico con un bandgap del eV del CA 5,8, básicamente independiente de geometría del tubo. BNNTs posee la substancia química magnífica y estabilidad térmica, las propiedades mecánicas excelentes, y alta conductividad térmica. Tales características únicas hacen estos tubos que prometen en una variedad de campos tales como nanodevices, compuestos funcionales, acumuladores del hidrógeno, Etc.

Además, los descubrimientos recientes en estudiar un nuevo formulario de C - graphene - un de una sola capa del grafito, han traído a la vanguardia de la investigación las cuestiones de la existencia y de la estabilidad de su análogo de los BN - un nanosheet de los BN, Cuadro 1.

Cuadro 1. modelos Estructurales de una hoja monoatómica de los BN y de un nanotube único-descascado de los BN. Los átomos de Alternancia de B y de N se muestran en azul y rojo.

Avances Recientes

El progreso Importante se ha logrado dentro de nuestro grupo en NIMS con respecto a las mediciones de la síntesis, del análisis estructural y de la propiedad de BNNTs multi-emparedado y de nanosheets. Los nanotubes se sintetizan actualmente en las cantidades en una única corrida, Cuadro 2. del nivel del gramo.4 Los nanosheets de los BN también fueron preparados en un alto rendimiento bajo el ultrasonication del hBN.5

Cuadro 2. (a) Síntesis de los nanotubes multi-emparedados de los BN usando precursores del MgO, de B y de FeO en un horno de inducción vertical en ~1500°C;4 (b) Imágenes de la Foto de un producto de BNNT; (c, d) imágenes de SEM y de TEM; (e) Histogramas de la distribución externa del diámetro del tubo.

Las propiedades Eléctricas y mecánicas de los tubos/de las hojas fueron estudiadas en un microscopio electrónico de la transmisión (TEM) y un microscopio atómico de la fuerza (AFM). El módulo De Young de nanotubes fue medido tan arriba como ~0,8 TPa, Cuadro 3, 6 mientras que el módulo que doblaba de los nanosheets de los BN alcanzó ~30 GPa, el Cuadro 4.7

Cuadro 3. (a, b) Imágenes de un nanotube multi-emparedado de los BN bajo su doblar y la recarga en TEM. El tubo restablece completo su dimensión de una variable original debido a su elasticidad y adaptabilidad magníficas. Las inserciones hacia adentro (a, b) demostración el mismo tubo en una inferior-magnificación; c) Un esbozo que muestra un experimento diseñado de la deformación dentro de TEM usando un voladizo del Si AFM. La curva de la fuerza-dislocación se registra con proyección de imagen de TEM.6

 

El Cuadro 4. (a) imagen de la topografía del AFM de un Ti/Au contacto-embridó el nanosheet de los BN puesto bajo el foso de un substrato2 de Si/SiO; y (b) El módulo que dobla medido de los nanosheets de los BN en función de sus dimensiones.7

El funcionamiento de BNNTs en un alto régimen diagonal eléctrico también era analizado.8,9 Debido al ioinicity de un bono de los B-N, la temperatura de la descomposición del tubo de los BN fue encontrada para ser proporcional a un campo eléctrico aplicado, Cuadro 5.

El Cuadro 5. a) Un individuo multi-emparedó el nanotube de los BN puesto entre dos contactos del metal en STM-TEM y orientado a ~140 V.8 El aspecto de las B-Bolas amorfas (arrowed) bajo descomposición química del tubo es evidente. B y las correspondencias elementales de N de un tubo descompuesto se muestran en las inserciones; b) Correspondencia Con código de color de la energía cinética de átomos en un nanotube de los BN puesto en un campo eléctrico en cierta temperatura.9 Los datos Experimentales (círculos) se extendieron alrededor de una línea equipotencial de 0,165 eV. La línea golpes K 1910 (temperatura normal de la descomposición térmica de los BN) en un campo eléctrico cero.

En resumen, debe ser acentuado que los potenciales ricos de la aplicación de los nanotubes y de los nanosheets de los BN, que han estado de largo en la sombra de sus contrapartes populares de C, se han subestimado y merecen en gran parte aclaraciones más detalladas.


Referencias

1. A. Rubio, J.L. Corkill, M.L. Cohen, “Teoría del nanotube grafítico del nitruro de boro”, 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, “nanotubes del nitruro de Boro”, Ciencia 269, 966 (1995).
3. D. Golberg, Y. Bando, C.C. Tang, C.Y. Zhi, “nanotubes del nitruro de Boro”, Adv. Mater. 19, 2413 (2007).
4. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, D. Golberg, “precursor Efectivo para la alta síntesis del rendimiento de los nanotubes puros de los BN”, Solenoide. Comm del St. 135, 67 (2005).
5. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, H. Kuwahara, D. Golberg, “fabricación En Grande de los nanosheets del nitruro de boro de la poco-atómico-capa y de su utilización en compuestos poliméricos con las propiedades térmicas y mecánicas mejoradas”, Adv. Mater. 21, 2889 (2009).
6. D. Golberg D., la Costa de P.M.F.J, O. Lourie, M. Mitome, C.C. Tang, C.Y. Zhi, K. Kurashima, Y. Bando, las “mediciones Directas de la fuerza y el enroscarse bajo deformación elástica del individuo multiwalled nanotubes del nitruro de boro”, Lett.7 Nano, 2146 (2007).
7. C. Li, Y. Bando, C.Y. Zhi, Y. Huang, D. Golberg, “módulo que dobla Espesor-Relacionado de los nanosheets hexagonales del nitruro de boro”, Nanotecnología 20, 385707 (2009).
8. Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, “TEM-STM "in-situ" registró las cinéticas del incidente del nanotube del nitruro de boro bajo flujo actual”, Lett Nano. 9, 2251 (2009).
9. Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, “descomposición térmica campo-ayudada Eléctrica del nanotube del nitruro de boro: experimentos y cálculos del primer principio”, Chem. Phys. Lett. 480, 110 (2009).

Derechos De Autor AZoNano.com, Profesor Dmitri Golberg (Instituto Nacional para la Ciencia Material (NIMS))

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

Last Update: 14. June 2013 01:55

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