Новости химической науки > Борнитридные нанотрубки – альтернатива углеродным

В мире нанотехнологий очень немного объектов привлекают такое же пристальное внимание, как нанотрубки. По словам экспертов, эти цилиндры нанометрового размера со временем могут найти применение в областях от разработки двигателей сверхзвуковых самолетов до препаратов, использующихся в терапии рака.

Результаты новой работы позволяют предположить, что разработан новый способ крупномасштабного получения прежде ускользавших от исследователей нанотрубок, уникальные свойства которых могут обеспечить им еще более интересное применение.

Первое макроскопическое количество борнитридных нанотрубок, свитых в моток «пряжи» длиной 3 сантиметра и диаметром 1 миллиметр. (Рисунок из Nanotechnology, 2009, 20 505604)

Исследователи уже достаточно давно умеют получать нанотрубки из углерода, однако они долгое время не могли получить нанотрубки из нитрида бора. Углеродные и борнитридные нанотрубки должны обладать одинаковыми механическими свойствами, однако борнитридные нанотрубки [boron nitride nanotubes (BNNT)] должны выдерживать температуры вдвое выше, чем углеродные (по оценкам специалистов – до 800°C и выше). До настоящего времени удавалось получить лишь борнитридные нанотрубки микроновой длины, получение больших по размеру объектов было затруднено из-за дефектов кристаллической структуры нитрида бора.

Группа специалистов из НАСА и Национального института аэронавтики США сообщает о получении первых высококачественных равномерно кристаллических борнитридных нанотрубок в значительных количествах: каждый фрагмент волокна обладает достаточной длиной для того, чтобы его можно было спрясть в своеобразную пряжу.

Такого результата удалось достичь, облучая лазером кусок бора, расположенный в камере, заполненной азотом (первоначально исследователи использовали инфракрасный лазер, однако модификация методики в дальнейшем позволила обойтись и обычным технологическим лазером для сварки). Луч лазера вызывает интенсивное испарение бора.

Затем в газообразную смесь, содержащую бор и азот, ввели охлажденный металлический провод, способствующий охлаждению паров бора и образованию жидких капель бора, которые, взаимодействуя с азотом, самоорганизуются в борнитридные нанотрубки. Образование целевого материала протекает быстро, позволяя получать достаточно длинные трубки в течение миллисекунд.

В результате новой реакции удается быстро получить большое количество высококачественных борнитридных нанотрубок, внешне напоминающих сахарную вату, эти нанотрубки представляют собой самые качественные борнитридные нанотрубки из когда-то полученных. Волокна проявляют все свойства, которые теоретически можно было ожидать от борнитридных нанотрубок – прочность, пьезоэлектрическую активность, проводимость и устойчивость при высоких температурах. Самое же замечательное, что новый способ позволяет получить борнитридные нанотрубки исходя из коммерчески доступных материалов и с помощью коммерчески доступного оборудования.

Успех в получении большого количества недорогих борнитридных нанотрубок позволяет надеяться на создание облегченных конструкционных деталей автомобилей, летательных аппаратов и космических кораблей или ультралегковесной брони. Борнитридные нанотрубки также могут использоваться в фотодинамической терапии рака для точечных ударов по опухолевым клеткам и других приложениях.

Инженер НАСА Деннис Бушнел (Dennis Bushnell), проявляющий интерес к работе из-за перспектив использования борнитридных нанотрубок в космонавтике, отмечает, что разработка метода синтеза борнитридных нанотрубок представляет собой революцию в материаловедении.

Бытовало мнение, что высококачественные углеродные нанотрубки получить гораздо проще, чем высококачественные борнитридные нанотрубки, однако новый простой процесс получения может изменить это мнение и способствовать масштабному получению новых нанотрубок для практического использования.

Источник: Nanotechnology, 2009, 20 505604; doi: 10.1088/0957-4484/20/50/505604

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #химическая технология