Une étude identifie des méthodes pour éliminer les impuretés des nanotubes de nitrure de bore


LOS ANGELES : des chercheurs de l'Université Rice ont développé une nouvelle méthode de production de haute pureté nanotubes de nitrure de bore. Ces structures cylindriques creuses peuvent résister à des températures allant jusqu'à 900 degrés Celsius (~ 1652 Fahrenheit) et sont plus résistantes que l'acier en termes de poids.
Des matériaux solides et légers, capables de résister à des températures extrêmement élevées, pourraient ouvrir la voie aux engins spatiaux de nouvelle génération, améliorer l’électronique existante et permettre le développement d’applications uniques d’imagerie biomédicale ou de stockage d’hydrogène, entre autres.
Selon un rapport publié dans Chemistry of Materials, les chercheurs de Rice, dirigés par Angel Marti, ont découvert comment utiliser acide phosphorique pour enlever les durs impuretés à partir de nanotubes de nitrure de bore et affiner la procédure.
« Le défi est que lors de la synthèse du matériau, en plus des tubes, nous nous retrouvons avec beaucoup de choses supplémentaires », a déclaré Kevin Shumard, doctorant en chimie et auteur principal de l'étude. « En tant que scientifiques, nous voulons travailler avec le matériau le plus pur possible afin de pouvoir limiter les variables lors de nos expériences. Ce travail nous rapproche de la fabrication de matériaux susceptibles de réorganiser des industries entières lorsqu'ils sont utilisés comme additifs pour les métaux ou les composites céramiques. pour les rendre encore plus forts. »
Les « éléments supplémentaires » qui nuisent généralement à la qualité et à l'utilité des nanotubes sont cages en nitrure de bore, des structures creuses en forme de sphère qui encapsulent des particules de bore. Un article montrant que l’acide phosphorique agissait comme un agent mouillant au nitrure de bore a incité les chercheurs à explorer s’ils pouvaient utiliser l’acide pour retirer les cages.
« Nous ne nous attendions pas à une réaction », a déclaré Marti, professeur de chimie, de bio-ingénierie, de science des matériaux et de nano-ingénierie, président de chimie et directeur du Rice Emerging Scholars Programme.
Et effectivement, à température ambiante, rien ne s’est passé. Mais quand ils ont fait monter la température, les chercheurs ont eu une surprise.
« Lorsque nous avons regardé au microscope, nous n'avons vu ni tubes ni cages », a déclaré Marti. « Au lieu de cela, il y avait des pyramides. »
Les chercheurs ont appris que les températures élevées et les concentrations d'acide étaient destructrices pour le nitrure de bore. Ils ont donc révisé leur hypothèse et ont plutôt cherché à ajuster la réaction pour détruire uniquement les structures indésirables du matériau.
« Grâce à de nombreuses expérimentations, nous avons développé une toute nouvelle direction pour la purification des nanotubes », a déclaré Shumard.
« J'ai passé beaucoup de temps devant un microscope électronique et j'ai lu de nombreux articles contenant des images de nanotubes de nitrure de bore. Le matériau que nous pouvons fabriquer est de loin le tube le plus pur que j'ai vu par rapport aux autres. »
Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs efforts pour améliorer les rendements des réactions afin de produire suffisamment de nanotubes pour fabriquer des fibres, ce qui pourrait constituer une alternative adaptée et plus durable à l'acier.
« L'azote représente 70 pour cent de notre atmosphère et le bore est très abondant dans les roches », a déclaré Shumard. « Ce travail pourrait être un tremplin vers des matériaux de construction bien meilleurs, à la fois en termes de résistance et de durabilité. »
La structure des nanotubes de nitrure de bore est très similaire à celle des nanotubes de carbone, tout comme certaines de leurs propriétés, telles que la résistance à la traction et la conductivité thermique. Cependant, les nanotubes de nitrure de bore sont plus résistants et certaines de leurs propriétés sont complémentaires de celles de leurs homologues carbonés.
« Par exemple, les nanotubes de carbone peuvent être des conducteurs électriques ou des semi-conducteurs, tandis que les nanotubes de nitrure de bore sont des isolants », a déclaré Marti.
« La science des nanotubes de nitrure de bore n'est pas aussi développée que celle des nanotubes de carbone, une lacune que nous espérions combler dans nos recherches car nous pensons que la capacité de produire des nanotubes de nitrure de bore purs de manière efficace et fiable pourrait être importante pour un large éventail d'applications. des industries. »



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