Het Nitride Nanotubes en Nanosheets van het Borium - Inleiding en Recente Vooruitgang

Professor Dmitri Golberg, de Leider van de Groep Nanotube, Belangrijkste Onderzoeker, Internationaal Centrum voor Materialen Nanoarchitectonics (MANA), Nationaal Instituut voor de Wetenschap van Materialen (NIMS), Tsukuba, Japan
Overeenkomstige auteur: GOLBERG. Dmitri@nims.go.jp

Inleiding

Het Hexagonale boriumnitride (h-miljard) is een gelaagd materiaal met een grafiet-typestructuur waarin de vlaknetwerken van MILJARD zeshoeken regelmatig worden gestapeld. Aangezien een structureel analogon van koolstof nanotubes (CNTs) een MILJARD nanotube (BNNT) ten eerste in 1994 werd voorspeld1 en volgend jaar samenstelde.2 Sedertdien is het één van het intrigeren niet-koolstofnanostructures geworden.3

Vergeleken met metaal of semiconducting CNTs, is een BNNT een elektroisolatie met een bandgap van eV ca. 5.8, fundamenteel onafhankelijk van buismeetkunde. BNNTs bezit buitengewone chemische en thermische stabiliteit, uitstekende mechanische eigenschappen, en hoog warmtegeleidingsvermogen. Dergelijke unieke eigenschappen maken deze buizen belovend op een verscheidenheid van gebieden zoals nanodevices, functionele samenstellingen, waterstofaccumulatoren, enz.

Bovendien hebben de recente doorbraken in het bestuderen van een nieuwe vorm van C - graphene - één enkele laag van grafiet, aan het onderzoekfront de kwesties van bestaan en stabiliteit van zijn MILJARD analogon - een MILJARD nanosheet, Figuur 1 gebracht.

Figuur 1. Structurele modellen van een MILJARD monoatomic blad en een enig-geschilde MILJARD nanotube. De Afwisselende atomen van B en van N worden getoond in blauw en rood.

Recente Vooruitgang

De Significante vooruitgang is geboekt binnen onze groep bij NIMS betreffende de synthese, de structurele analyse en de bezitsmetingen van multi-ommuurde BNNTs en nanosheets. Nanotubes zijn momenteel samengesteld in de hoeveelheden van het gramniveau in één enkele looppas, Figuur 2.4 MILJARD nanosheets werden ook voorbereid bij een hoge opbrengst onder hBNultrasonication.5

Figuur 2. (a) Synthese van multi-ommuurd MILJARD nanotubes die MgO, B en voorlopers FeO in een verticale inductieoven gebruiken bij ~1500°C;4 (b) de beelden van de Foto van een product BNNT; (c, D) SEM en beelden TEM; (e) Histogrammen van de externe distributie van de buisdiameter.

De Elektrische en mechanische eigenschappen van de buizen/de bladen werden bestudeerd in een transmissieelektronenmicroscoop (TEM) en een atoomkrachtmicroscoop (AFM). De modulus van de Jongelui van nanotubes was gemeten zo hoog zoals ~0.8 TPa, Figuur 3, 6 terwijl de buigende modulus van MILJARD nanosheets ~30 GPa, Figuur 4 bereikte.7

Figuur 3. (a, B) Beelden van een multi-ommuurde MILJARD nanotube onder zijn het buigen en het herladen in TEM. De buis herstelt volledig zijn originele vorm toe te schrijven aan zijn buitengewone elasticiteit en flexibiliteit. De bijvoegsels in (a, B) tonen de zelfde buis bij een laag-vergroting; c) de schets die van A een ontworpen misvormingsexperiment dat binnen TEM toont een cantilever van Si met behulp van AFM. Wordt de kracht-verplaatsing kromme geregistreerd met weergave TEM.6

 

Figuur 4. (a) de topografiebeeld van AFM van een Ti/Au MILJARD die nanosheet contact-vastgeklemdde onder de geul van een substraat Si/SiO2 wordt geplaatst; en (b) de gemeten buigende modulus van MILJARD nanosheets als functie van hun afmetingen.7

De prestaties van BNNTs in een hoog elektro bias regime werden ook geanalyseerd.8,9 wegens ioinicity van een MILJARD band, werd de MILJARD temperatuur van de buisdecompositie gevonden evenredig om aan een toegepast elektrogebied, Figuur 5 te zijn.

Figuur 5. a) Individueel multi-ommuurd MILJARD die nanotube tussen twee die metaalcontacten in STM-TEM wordt geplaatst en wordt beïnvloed aan ~140 V.8 De verschijning van amorfe B-Ballen (arrowed) onder buis chemische decompositie is duidelijk. B en van N worden de elementaire kaarten van een ontbonden buis getoond in de bijvoegsels; B) Color-coded kaart van kinetische energie van atomen in een MILJARD die nanotube in een elektrogebied bij bepaalde temperatuur wordt geplaatst.9 De Experimentele gegevens (cirkels) spreiden rond een equipotentiale lijn van eV 0.165 uit. De lijn raakt 1910 K (normale temperatuur van MILJARD thermische decompositie) bij een nul elektrogebied.

Samengevat, zou men moeten benadrukken dat het rijke toepassingspotentieel van MILJARD nanotubes en nanosheets, die lang in de schaduw van hun populaire tegenhangers van C zijn geweest, grotendeels is onderschat en meer gedetailleerde ophelderingen verdiend.


Verwijzingen

1. A. Rubio, J.L. Corkill, M.L. Cohen, „Theorie van grafietboriumnitride nanotube“, Phys. Toer B 49, 5081 (1994).
2. N.G. Chopra, R.J. Luyken, K. Cherrey, V.H. Crespi, M.L. Cohen, S.G. Louie, A. Zettl, het „nitride van het Borium nanotubes“, Wetenschap 269, 966 (1995).
3. D. Golberg, Y. Bando, C.C. Tang, C.Y. Zhi, het „nitride van het Borium nanotubes“, Adv. Mater. 19, 2413 (2007).
4. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, D. Golberg, „Efficiënte voorloper voor hoge opbrengstsynthese van zuivere MILJARD nanotubes“, Sol. St Comm. 135, 67 (2005).
5. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, H. Kuwahara, D. Golberg, „vervaardiging Op Grote Schaal van het nitride van het weinig-atoom-laagborium nanosheets en hun gebruik in polymere samenstellingen met betere thermische en mechanische eigenschappen“, Adv. Mater. 21, 2889 (2009).
6. D. multiwalled Golberg D., P.M.F.J Costa, O. Lourie, M. Mitome, C.C. Tang, C.Y. Zhi, K. Kurashima, Y. Bando, „Directe krachtmetingen en het knikken onder elastische misvorming van individu boriumnitride nanotubes“, Nano Lett.7, 2146 (2007).
7. C. Li, Y. Bando, C.Y. Zhi, Y. Huang, D. Golberg, „dikte-Afhankelijke buigende modulus van hexagonaal boriumnitride nanosheets“, Nanotechnologie 20, 385707 (2009).
8. Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, „tem-STM geregistreerde kinetica In situ van de mislukking van het boriumnitride nanotube onder huidige stroom“, Nano Lett. 9, 2251 (2009).
9. Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, „Elektro gebied-bijgewoonde thermische decompositie van boriumnitride nanotube: experimenten en eerste principeberekeningen“, Chem. Phys. Lett. 480, 110 (2009).

Copyright AZoNano.com, Professor Dmitri Golberg (Nationaal Instituut voor de Wetenschap van Materialen (NIMS))

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

Last Update: 14. June 2013 01:16

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit