Nitreto de Boro Nanotubes e Nanosheets - Introdução e Avanços Recentes

Professor Dmitri Golberg, Líder do Grupo de Nanotube, Investigador Principal, Centro Internacional para Materiais Nanoarchitectonics (MANA), Instituto Nacional para a Ciência de Materiais (NIMS), Tsukuba, Japão
Autor Correspondente: GOLBERG. Dmitri@nims.go.jp

Introdução

O nitreto de boro Sextavado (h-BN) é um material mergulhado com um grafite-tipo estrutura em que as redes planares de hexágonos dos BN são empilhadas regularmente. Como um analogue estrutural de nanotubes do carbono (CNTs) um nanotube dos BN (BNNT) foi previsto em primeiro lugar em 19941 e sintetizou o próximo ano.2 Desde então, tem tornado dos nanostructures os mais intrigantes do não-carbono.3

Comparado com o CNTs metálico ou semiconducting, um BNNT é um isolador elétrico com um bandgap do eV do CA 5,8, basicamente independente da geometria da câmara de ar. BNNTs possui o produto químico magnífico e estabilidade térmica, propriedades mecânicas excelentes, e condutibilidade térmica alta. Tais características originais fazem estas câmaras de ar que prometem em uma variedade de campos tais como nanodevices, compostos funcionais, acumuladores do hidrogênio, Etc.

Além, as descobertas recentes em estudar um formulário novo de C - graphene - uma única camada de grafite, trouxeram ao pelotão da frente da pesquisa as perguntas da existência e da estabilidade de seu analog dos BN - um nanosheet dos BN, Figura 1.

Figura 1. modelos Estruturais de uma folha mono-atómica dos BN e de um nanotube único-descascado dos BN. Os átomos Alternos de B e de N são mostrados em azul e em vermelho.

Avanços Recentes

O progresso Significativo foi conseguido dentro de nosso grupo em NIMS em relação às medidas da síntese, da análise estrutural e da propriedade de BNNTs multi-murado e de nanosheets. Os nanotubes são sintetizados actualmente em quantidades em uma única corrida, Figura 2. do nível do relvado.4 Os nanosheets dos BN foram preparados igualmente em um rendimento alto sob o ultrasonication do hBN.5

Figura 2. (a) Síntese de nanotubes multi-murados dos BN usando precursores do MgO, do B e do FeO em uma fornalha de indução vertical em ~1500°C;4 (b) Imagens da Foto de um produto de BNNT; (c, d) imagens de SEM e de TEM; (e) Histogramas da distribuição externo do diâmetro da câmara de ar.

As propriedades Elétricas e mecânicas das câmaras de ar/folhas foram estudadas em um microscópio de elétron da transmissão (TEM) e em um microscópio atômico da força (AFM). O módulo Young dos nanotubes foi medido tão altamente quanto ~0,8 TPa, Figura 3, 6 visto que o módulo de dobra de nanosheets dos BN alcançou ~30 GPa, Figura 4.7

Figura 3. (a, b) Imagens de um nanotube multi-murado dos BN sob sua dobra e recarregamento em TEM. A câmara de ar restaura inteiramente sua forma original devido a suas elasticidade e flexibilidade magníficas. Inserir dentro (a, b) mostra a mesma câmara de ar em uma baixo-ampliação; c) Um esboço que mostra uma experiência projetada da deformação dentro de TEM usando um modilhão do AFM do Si. A curva do força-deslocamento é gravada com a imagem lactente de TEM.6

 

A Figura 4. (a) imagem da topografia do AFM de um Ti/Au contacto-apertou o nanosheet dos BN colocado sob a trincheira de uma carcaça2 de Si/SiO; e (b) O módulo de dobra medido de nanosheets dos BN em função de suas dimensões.7

O desempenho de BNNTs em um regime diagonal elétrico alto foi analisado igualmente.8,9 Devido ao ioinicity de uma ligação dos B-N, a temperatura da decomposição da câmara de ar dos BN foi encontrada para ser proporcional a um campo elétrico aplicado, Figura 5.

Figura 5. a) Um indivíduo multi-murou o nanotube dos BN colocado entre dois contactos do metal em STM-TEM e inclinado a ~140 V.8 A aparência das B-Bolas amorfas (arrowed) sob a decomposição química da câmara de ar é aparente. B e os mapas elementares de N de uma câmara de ar decompor são mostrados inserir; b) mapa Cor-Codificado da energia cinética dos átomos em um nanotube dos BN colocado em um campo elétrico em determinada temperatura.9 Os dados Experimentais (círculos) espalharam em torno de uma linha equipotencial de 0,165 eV. A linha batidas K 1910 (temperatura normal da decomposição térmica dos BN) em um campo elétrico zero.

Em resumo, deve-se sublinhar que os potenciais ricos da aplicação dos nanotubes e dos nanosheets dos BN, que têm sido por muito tempo à sombra de suas contrapartes populares de C, pela maior parte estiveram subestimados e merecem umas elucidações mais detalhadas.


Referências

1. A. Rubio, J.L. Corkill, M.L. Cohen, “Teoria do nanotube graphitic do nitreto 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, de “nanotubes do nitreto Boro”, Ciência 269, 966 (1995).
3. D. Golberg, Y. Bando, C.C. Tang, C.Y. Zhi, de “nanotubes do nitreto Boro”, Adv. Mater. 19, 2413 (2007).
4. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, D. Golberg, “precursor Eficaz para a síntese alta do rendimento de nanotubes puros dos BN”, Solenóide. Comm do St. 135, 67 (2005).
5. C.Y. Zhi, Y. Bando, C.C. Tang, H. Kuwahara, D. Golberg, “fabricação Em Grande Escala de nanosheets do nitreto de boro da pouco-atômico-camada e de sua utilização em compostos poliméricos com propriedades térmicas e mecânicas melhoradas”, Adv. Mater. 21, 2889 (2009).
6. D. Golberg D., a Costela de P.M.F.J, O. Lourie, M. Mitome, C.C. Tang, C.Y. Zhi, K. Kurashima, Y. Bando, “as medidas Directas da força e a torção sob a deformação elástica do indivíduo multiwalled nanotubes do nitreto de boro”, Lett.7 Nano, 2146 (2007).
7. C. Li, Y. Bando, C.Y. Zhi, Y. Huang, D. Golberg, “módulo de dobra Espessura-Dependente de nanosheets sextavados do nitreto de boro”, Nanotecnologia 20, 385707 (2009).
8. Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, “TEM-STM In Situ gravou cinéticas da falha do nanotube do nitreto de boro sob o fluxo actual”, Lett Nano. 9, 2251 (2009).
9. Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, “decomposição térmica campo-ajudada Elétrica do nanotube do nitreto de boro: experiências e cálculos do primeiro princípio”, Chem. Phys. Lett. 480, 110 (2009).

Copyright AZoNano.com, Professor Dmitri Golberg (Instituto Nacional para a Ciência de Materiais (NIMS))

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

Last Update: 14. June 2013 01:48

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