Nanotubes et Nanosheets de Nitrure de Bore - Introduction et Progrès Récents

Professeur Dmitri Golberg, Amorce de Groupe de Nanotube, Investigateur Principal, Centre International pour des Matériaux Nanoarchitectonics (MANA), Institut National pour la Science Des Matériaux (NIMS), Tsukuba, Japon
Auteur Correspondant : GOLBERG. Dmitri@nims.go.jp

Introduction

La nitrure de bore Hexagonale (h-MILLIARD) est un matériau posé avec une structure de type graphite en laquelle des réseaux planaires des hexagones de MILLIARD sont régulièrement empilés. Comme analogue structurel des nanotubes de carbone (CNTs) un nanotube de MILLIARD (BNNT) a été premièrement prévu en 19941 et a synthétisé l'année prochaine.2 Depuis lors, il a été des nanostructures de non-carbone les plus intrigants.3

Avec CNTs métallique ou semi-conducteur, un BNNT est un isolant électrique avec un bandgap d'eV de CA 5,8, fondamentalement indépendant de la géométrie de tube. BNNTs possèdent le produit chimique superbe et la stabilité thermique, les excellentes propriétés mécaniques, et la conduction thermique élevée. De Telles fonctionnalités uniques effectuent ces tubes promettant dans un grand choix de domaines tels que des nanodevices, des composés fonctionnels, des accumulateurs d'hydrogène, Etc.

De plus, les découvertes récentes en étudiant une forme neuve de C - graphene - un à une seule couche du graphite, ont porté au premier rang de recherches les questions de l'existence et de la stabilité de son analogue de MILLIARD - un nanosheet de MILLIARD, le Schéma 1.

Le Schéma 1. modèles Structurels d'une feuille mono-atomique de MILLIARD et d'un nanotube unique-écossé de MILLIARD. Des atomes Alternatifs de B et de N sont affichés en bleu et rouge.

Progrès Récents

Le Progrès important a été réalisé dans notre groupe à NIMS concernant les mesures de synthèse, d'analyse de la structure et de propriété de BNNTs multi-muré et de nanosheets. Les nanotubes sont actuel synthétisés dans des quantités de niveau de gramme dans un seul passage, le Schéma 2.4 Les nanosheets de MILLIARD ont été également préparés à un rendement élevé sous l'ultrasonication de hBN.5

Le Schéma 2. (a) Synthèse des nanotubes multi-murés de MILLIARD utilisant des précurseurs de MgO, de B et de FeO dans un four à induction vertical à ~1500°C ;4 (b) Images de Photo d'un produit de BNNT ; (c, d) images de SEM et de TEM ; (e) Histogrammes de la distribution externe de diamètre de tube.

Des propriétés Électriques et mécaniques des tubes/des feuilles ont été étudiées dans un microscope électronique de boîte de vitesses (TEM) et un microscope atomique de force (AFM). Le module De Young des nanotubes était aussi élevé mesuré que ~0,8 TPa, le Schéma 3, 6 attendu que le module de courbure des nanosheets de MILLIARD a atteint ~30 GPa, le Schéma 4.7

Le Schéma 3. (a, b) Images d'un nanotube multi-muré de MILLIARD sous sa courbure et le rechargement dans TEM. Le tube restaure entièrement sa forme initiale due à son élasticité et souplesse superbes. Les vignettes dedans (a, b) exposition le même tube à un faible-agrandissement ; c) Un croquis affichant une expérience conçue de déformation à l'intérieur de TEM utilisant un encorbellement de SI AFM. La courbure de force-déplacement est enregistrée en tandem avec la représentation de TEM.6

 

Le Schéma 4. (a) image de topographie d'AFM d'un Ti/Au contact-a serré le nanosheet de MILLIARD mis sous la tranchée d'un substrat2 de Si/SiO ; et (b) Le module de courbure mesuré des nanosheets de MILLIARD en fonction de leurs cotes.7

La performance de BNNTs dans un régime oblique électrique élevé s'est également analysée.8,9 En Raison de l'ioinicity d'une obligation de B-N, la température de décomposition de tube de MILLIARD s'est avérée proportionnelle à un champ électrique appliqué, le Schéma 5.

Le Schéma 5. a) Une personne multi-a muré le nanotube de MILLIARD mis entre deux contacts en métal dans STM-TEM et partial à ~140 V.8 L'aspect des B-Billes amorphes (arrowed) sous la décomposition chimique de tube est apparent. B et plans élémentaires de N d'un tube décomposé sont affichés dans les vignettes ; b) Plan De Code À Couleurs de l'énergie cinétique des atomes dans un nanotube de MILLIARD mis dans un champ électrique à certaine température.9 Les Données expérimentales (cercles) ont écarté autour d'une ligne équipotentielle de 0,165 eV. La ligne coups K 1910 (la température normale de la décomposition thermique de MILLIARD) à un champ électrique zéro.

En résumé, il devrait mettre l'accent sur que les potentiels riches d'application des nanotubes et des nanosheets de MILLIARD, qui ont longtemps été dans l'ombre de leurs homologues populaires de C, ont été en grande partie sous-estimés et méritent des élucidations plus détaillées.


Références

1. A. Rubio, J.L. Corkill, M.L. Cohen, « Théorie de nanotube graphitique de nitrure de bore », 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 de nitrure de Bore », la Science 269, 966 (1995).
3. D. Golberg, Y. Bando, C.C. Tang, C.Y. Zhi, « nanotubes de nitrure de Bore », Adv. Mère. 19, 2413 (2007).
4. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, D. Golberg, « précurseur Pertinent pour la synthèse élevée de rendement des nanotubes purs de MILLIARD », Solenoïde. COMM. de St. 135, 67 (2005).
5. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, H. Kuwahara, D. Golberg, « fabrication De Grande Puissance des nanosheets de nitrure de bore de peu-atomique-couche et de leur utilisation dans les composés polymères avec les propriétés thermiques et mécaniques améliorées », Adv. Mère. 21, 2889 (2009).
6. D. Golberg D., Côte de P.M.F.J, O. Lourie, M. Mitome, C.C. Tang, C.Y. Zhi, K. Kurashima, Y. Bando, « mesures Directes de force et le plissement sous la déformation élastique de la personne multiwalled des nanotubes de nitrure de bore », le Nano Lett.7, 2146 (2007).
7. C. Li, Y. Bando, C.Y. Zhi, Y. Huang, D. Golberg, « module de courbure Épaisseur-Dépendant des nanosheets hexagonaux de nitrure de bore », Nanotechnologie 20, 385707 (2009).
8. Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, « TEM-STM In-situ a enregistré la cinétique de la défaillance de nanotube de nitrure de bore sous le flux actuel », Lett Nano. 9, 2251 (2009).
9. Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, « décomposition thermique zone-aidée Électrique de nanotube de nitrure de bore : expériences et calculs de premier principe », Chem. Phys. Lett. 480, 110 (2009).

Droit d'auteur AZoNano.com, Professeur Dmitri Golberg (Institut National pour Science Des Matériaux (NIMS))

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

Last Update: 14. June 2013 01:20

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