Bor nitridi nanotube - Boron nitride nanotube

BN nanotube a ichida egilgan edi elektron mikroskop. Bosim chiqarilgandan keyin uning devorlari o'z-o'zidan tuzalib ketdi.[1]

Bor nitridi nanotubalari (BNNT) a polimorf ning bor nitridi. Ular 1994 yilda bashorat qilingan[2] va eksperimental ravishda 1995 yilda kashf etilgan.[3] Strukturaviy jihatdan ular o'xshashdir uglerodli nanotubalar, ular sub-mikrometr diametrlari va mikrometr uzunliklariga ega silindrlardir, faqat uglerod atomlari navbatma-navbat azot va bor atomlari bilan almashtiriladi. Biroq, BN nanotubalarining xossalari juda xilma-xil: uglerod nanotubalari prokat yo'nalishi va radiusiga qarab metall yoki yarimo'tkazgichli bo'lishi mumkin, BN nanotubasi asosan naychaning chiralligi va morfologiyasiga bog'liq bo'lmagan, ~ 5,5 eV bandgapli elektr izolyatoridir.[4] Bundan tashqari, qatlamli BN strukturasi grafit uglerod tuzilishiga qaraganda ancha termal va kimyoviy jihatdan ancha barqarordir.[5][6] BNNTlar noyob fizikaviy va kimyoviy xususiyatlarga ega bo'lib, ularda uglerodli nanotubalar (CNT) bilan taqqoslaganda juda keng miqdordagi tijorat va ilmiy qo'llanmalar mavjud.[7] BNNT va CNTs o'xshash po'latdan 100 marta kuchliroq va sanoat darajasidagi uglerod tolasidan 50 baravar kuchliroq kuchga ega bo'lsa ham,[8][9] BNNTlar 900 ° S gacha bo'lgan yuqori haroratga bardosh bera oladi.[10] 400 ° S haroratgacha barqaror turadigan CNTlardan farqli o'laroq,[11] BNNTlar radiatsiyani ham o'zlashtiradi va ular NASA ning kosmik nurlanishni himoya qilish fazilatlari uchun 2030 yilgacha Marsga borishga intilishlarida yordam berishi mumkin. [12] BNNTS fizik-kimyoviy xususiyatlariga ega, shu jumladan yuqori gidrofobiklik va vodorodni saqlashning katta hajmi va ular tibbiyot va biomedikal dasturlar, jumladan genlarni etkazib berish, dori yuborish, neytronlarni ushlab turish terapiyasi va umuman biomaterial sifatida tekshirilmoqda. [7] BNNTlar polimerlar bilan bog'lanishlari bilan ham CNTlardan ustundirlar, bu ko'plab yangi dasturlar va kompozit materiallarni keltirib chiqaradi. [13]

Sintez va ishlab chiqarish

(a) an sxemasi RF BNNTlarni ommaviy ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan induksion termal plazma tizimi. Sof h-BN kukuni doimiy ravishda yuqori harorat N dan o'tib BNNTlarga aylanadi2-H2 plazma (~ 8000 K). (b) Reaktor ichidagi hisoblangan harorat taqsimoti. (c) Hisoblangan tezlik taqsimoti (chapda) va oqim yo'nalishlari (o'ngda).[14]
Uzunligi BN paqir choyshablarni yuqoridagi reaktorga silindrsimon tambur qo'shib tayyorlash mumkin.[14]

Uglerod nanotüplarini ko'paytirishning barcha yaxshi aniqlangan usullari, masalan, boshq-razryad,[3][15] lazerli ablasyon[16][17] va kimyoviy bug 'cho'kmasi,[18] o'nlab gramm miqyosida BN nanotubalarini ommaviy ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.[14] BN nanotubalarini ham ishlab chiqarish mumkin to'pni frezalash NH ostida katalizator (temir kukuni) bilan aralashtirilgan amorf bor3 atmosfera. Keyinchalik azot oqimidagi ~ 1100 ° S haroratda tavlanish mahsulotning katta qismini BN ga aylantiradi.[19][20] Yuqori haroratli yuqori bosimli usul BN nanotubalarini sintezi uchun ham javob beradi.[21] BNNT ishlab chiqarish yo'nalishi CNT bilan taqqoslaganda past rentabellik va sifatsizligi sababli muhim muammo bo'lib qoldi, shuning uchun uning amaliy qo'llanilishini chekladi. Biroq, so'nggi yillarda BNNT sintezida ko'plab ulkan yutuqlarga erishildi, bu ushbu materialdan foydalanish imkoniyatini yaratdi va istiqbolli dasturlarni ishlab chiqishga yo'l ochdi. [9] So'nggi paytlarda Avstraliyaning Deakin universiteti tomonidan "yangi va o'lchovli" ishlab chiqarish jarayoni bilan sezilarli yutuqlarga erishildi, bu yigirma yil oldin material birinchi marta kashf etilganidan beri birinchi marta BNNTlarni ko'p miqdorda ishlab chiqarish imkonini beradi.[22] Avstraliyada ro'yxatga olingan ASX tashkiloti PPK Group (ASX: PPK) Deakin bilan 2018 yil noyabr oyida BNNT Technology Limited ni tashkil etish to'g'risida qo'shma korxona shartnomasini imzoladi, shu bilan tijorat asosida bor nitridi nanotubalarini (BNNT) ishlab chiqarish maqsad qilingan.[23] Ushbu hamkorlik Avstraliya hukumati tomonidan BNNT Technology Limited-ga kiritilgan sarmoyalar bilan qo'llab-quvvatlanadi [24] va BNNT-ning dunyo miqyosidagi ta'minotini sezilarli darajada oshirishi mumkin, bu yangi dasturlar, materiallar, kompozitsiyalar va texnologiyalar qatorini ochib beradi.

Xususiyatlari va potentsial dasturlari

BN nanotube buckypaper, tsellyuloza, uglerodli qadoq qog'ozi va BN nanotube buckypaper-dan tayyorlangan samolyotlarning ushbu qiyosiy olov sinovida ko'rsatilganidek, olovga chidamli.[14]

BN nanotubalarining elektr va dala emissiya xususiyatlarini oltinni atomlar bilan doping yordamida nanotubalarga oltinni sepish orqali sozlash mumkin.[19][25] Doping noyob tuproq atomlari evropium BN nanotubkani a ga aylantiradi fosfor elektron qo'zg'alishi ostida ko'rinadigan yorug'lik chiqaradigan material.[20] Kvant nuqtalari nanotubalar bo'ylab joylashgan 3 nm oltin zarralaridan hosil bo'lgan dala effektli tranzistorlar xona haroratida.[26]

BN tolalari singari, bor nitridi nanotubalari ham bor va ayniqsa, borning engil izotopi integratsiyasi bo'lgan aerokosmik dasturlar uchun umid baxsh etadi (10B) konstruktiv materiallarga ularning kuchini ham, nurlanishni saqlovchi xususiyatlarini ham yaxshilaydi; yaxshilanishi kuchli neytron yutish bilan bog'liq 10B. shunday 10BN materiallari kelajakdagi sayyoralararo kosmik kemada kompozitsion strukturaviy materiallar sifatida alohida nazariy ahamiyatga ega, bu erda kosmik nurlardan yutilish chayqalish neytronlar engil qurilish materiallarida alohida boylik bo'lishi kutilmoqda.[27]

Toksikologik 2010 yillarda o'tkazilgan BNNT-lar bo'yicha tekshiruvlar shuni ko'rsatadiki, BN nanotubalarining kuchaytirilgan kimyoviy inertsiyasi bio-moslikni qo'llab-quvvatlaydi. Natijada, ulardan biomedikal sohada foydalanish ikkala shaklda ham taklif qilingan nanokariyerlar va kabi nanotransduserlar.[28]

BN nanotubalari, shuningdek, saratonni davolashning ayrim usullarida ham o'z imkoniyatlarini namoyish etdi.[29][tushuntirish kerak ]

Yuqori qattiqlik va mukammal kimyoviy barqarorlik BNNTlarni polimerlar, keramika va metallarda mustahkamlash uchun ideal materialga aylantiradi. Masalan, buketa asosidagi BNNT / epoksi kompozitsiyalari va poliuretan bilan modifikatsiyalangan buketa kompozitsiyalari muvaffaqiyatli ishlab chiqilgan.1,16 Ushbu kompozitsion materiallar Youngning modullarini toza epoksi qiymatidan ikki baravar yuqori va emdirilmagan paqir qog'ozi qiymatidan 20 baravar ko'proq namoyish etadi. BNNTlar alyuminiy asosidagi inshootlarni mustahkamlash uchun eng istiqbolli materiallardan biridir.17 BNNTlarning past reaktivligi ushbu materialning alyuminiy matritsaga qo'shilishini osonlashtiradi, bu erda CNTlar uglerod va alyuminiy o'rtasidagi reaktsiya tufayli keraksiz Al hosil qiladi.4C3 interfeysdagi faza. BNNTlar alyuminiyning erish nuqtasiga (660 ° C) nisbatan ancha yuqori oksidlanish haroratini (~ 950 ° C) namoyish etadi, bu esa BNNTlarning to'g'ridan-to'g'ri alyuminiy eritmasiga bir hil tarqalishini ta'minlaydi. BNNTlar mexanik xususiyatlarini yuqori haroratda saqlaganligi sababli zichligi juda past bo'lganligi sababli, yangi haroratga chidamli engil MMC ni yaratish mumkin. BNNTlar yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligini ham namoyish etadi. Bu ularni issiqlik tarqalishi juda muhim bo'lgan nanoelektronikada qo'llash uchun foydali qiladi. Bu BNNTlarni ko'p funktsiyali qiladi, chunki u nafaqat kompozitlarning qattiqligini yaxshilaydi, balki yuqori shaffoflik bilan birga yuqori issiqlik o'tkazuvchanligini ham beradi. Yuqori qattiqlik va yuqori shaffoflikning kombinatsiyasi BNNT bilan mustahkamlangan shisha kompozitlarini ishlab chiqishda allaqachon ishlatilgan.18 BNNTlarning boshqa ichki xususiyatlari, masalan, yaxshi nurlanishni himoya qilish qobiliyati,19 yuqori elektr qarshiligi va mukammal piezoelektrik xususiyatlar, ehtimol ularni yangi dasturlarga qo'shishga qiziqish uyg'otishi mumkin.[30]

Adabiyotlar

  1. ^ Golberg, Dmitriy; Kosta, Pedro M. F. J.; Mitome, Masanori; Bando, Yoshio (2009). "Transmissiya elektron mikroskopidagi individual noorganik nanotubalarning xususiyatlari va muhandisligi". Materiallar kimyosi jurnali. 19 (7): 909. doi:10.1039 / B814607A.
  2. ^ Rubio, A .; va boshq. (1994). "Grafitli Bor Nitrid Nanotubalar nazariyasi". Jismoniy sharh B. 49 (7): 5081–5084. Bibcode:1994PhRvB..49.5081R. doi:10.1103 / PhysRevB.49.5081. PMID  10011453.
  3. ^ a b Chopra, N. G.; va boshq. (1995). "Bor nitritli nanotubalar". Ilm-fan. 269 (5226): 966–7. Bibcode:1995Sci ... 269..966C. doi:10.1126 / science.269.5226.966. PMID  17807732.
  4. ^ Bleyz, X .; va boshq. (1994). "Bor Nitrid Nanotubalarning barqarorligi va tarmoqli bo'shliqlarining barqarorligi". Evrofizika xatlari (EPL). 28 (5): 335. Bibcode:1994EL ..... 28..335B. doi:10.1209/0295-5075/28/5/007. S2CID  120010610.
  5. ^ Vey-Tsian Xan; va boshq. (2002). "B ning o'zgarishixCyNz Nanotubalar - sof BN nanotubalar " (PDF). Amaliy fizika xatlari. 81 (6): 1110. Bibcode:2002ApPhL..81.1110H. doi:10.1063/1.1498494.
  6. ^ Golberg, D.; Bando, Y .; Tang, mil. & Zhi, C.Y. (2007). "Bor nitritli nanotubalar". Murakkab materiallar. 19 (18): 2413. doi:10.1002 / adma.200700179.
  7. ^ a b Shen, O'zlem; Emanet, Melis; Chulha, Mustafo (2016-01-01), Ciofani, Janni; Mattoli, Virjilio (tahr.), "3-bob - Bor nitridi nanotubalarining bio-mosligini baholash", Nanomeditsinada bor nitrit nanotubalari, Micro and Nano Technologies, William Andrew Publishing, 41-58 betlar, ISBN  978-0-323-38945-7, olingan 2020-03-20
  8. ^ Jolli, R. D .; Tompson, K. G.; Vinchester, B. G. (1975). "Sigir mannosidozi - lizozomal saqlash kasalligi modeli". Tug'ilish nuqsonlari Original maqolalar seriyasi. 11 (6): 273–278. ISSN  0547-6844. PMID  100.
  9. ^ a b Kim, Jun Xi; Fham, Tang Vet; Xvan, Jae Xun; Kim, Cheol Sang; Kim, Myung Jong (2018-06-28). "Bor nitridi nanotubalari: sintezi va qo'llanilishi". Nano konvergentsiyasi. 5 (1): 17. Bibcode:2018NanoC ... 5 ... 17K. doi:10.1186 / s40580-018-0149-y. ISSN  2196-5404. PMC  6021457. PMID  30046512.
  10. ^ "Gipersonik tezlikda harakatlanadigan samolyotlarni yaratish bo'yicha qadam: nodir materiallar havoda harakatlanish vaqtini keskin qisqartirishi mumkin". ScienceDaily. Olingan 2020-03-20.
  11. ^ Mahajan, Amit; Kingon, Angus; Kukovecz, Akos; Konya, Zoltan; Vilarinyo, Paula M. (2013-01-01). "Turli xil atmosferada ko'p devorli uglerodli nanotubalarning termal parchalanishi bo'yicha tadqiqotlar". Materiallar xatlari. 90: 165–168. doi:10.1016 / j.matlet.2012.08.120. ISSN  0167-577X.
  12. ^ "RADIYATSIYa QARShI, BNNTS" (PDF).
  13. ^ Elsevier, ism |. "CNT-lar eski narsalar. BNNT-ga joy ajratib bering - u kuchliroq va issiqni qabul qilishi mumkin!". kimyoviy-materials.elsevier.com. Olingan 2020-03-20.
  14. ^ a b v d Kim, Keun Su; Yakubinek, Maykl B.; Martines-Rubi, Yadienka; Ashrafiy, Behnam; Guan, Jingven; O'Nil, K .; Plunket, Mark; Xrdina, Emi; Lin, Shuqiong; Denomée, Stefan; Kingston, Kristofer; Simard, Benua (2015). "Bo'ronli, makroskopik bor nitritli nanotüplar birikmalaridan polimer nanokompozitlari". RSC Adv. 5 (51): 41186. doi:10.1039 / C5RA02988K.
  15. ^ Cumings, J. (2000). "Bor Nitridli ikki devorli nanotubalar va nanokokonlarni ommaviy ishlab chiqarish". Kimyoviy fizika xatlari. 316 (3–4): 211. Bibcode:2000CPL ... 316..211C. doi:10.1016 / S0009-2614 (99) 01277-4.
  16. ^ Golberg, D.; va boshq. (1996). "Bor bosimidagi nitritli lazer yuqori bosim ostida isitiladigan nanotubalar". Amaliy fizika xatlari. 69 (14): 2045. Bibcode:1996ApPhL..69.2045G. doi:10.1063/1.116874.
  17. ^ Yu, D. P.; va boshq. (1998). "Bor nitridi nanotubalarini yuqori haroratda eksimer lazer bilan ablasyon usuli bilan sintezi". Amaliy fizika xatlari. 72 (16): 1966. Bibcode:1998ApPhL..72.1966Y. doi:10.1063/1.121236.
  18. ^ Zhi, C .; va boshq. (2005). "Sof BN nanotubalarini yuqori rentabellikdagi sintezi uchun samarali kashshof". Qattiq davlat aloqalari. 135 (1–2): 67. Bibcode:2005SSCom.135 ... 67Z. doi:10.1016 / j.ssc.2005.03.062.
  19. ^ a b Chen, X .; va boshq. (2008). "Nano-Au bilan bezatilgan Bor nitritli nanotubalar: o'tkazuvchanlikni o'zgartirish va maydonda chiqindilarni kuchaytirish" (PDF). Amaliy fizika xatlari. 92 (24): 243105. Bibcode:2008ApPhL..92x3105C. doi:10.1063/1.2943653. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2011-07-20.
  20. ^ a b Chen, X .; va boshq. (2007). "Evropa-doplangan bor nitritli nanotubalar nanometr o'lchamida ko'rinadigan yorug'lik manbai sifatida" (PDF). Murakkab materiallar. 19 (14): 1845. doi:10.1002 / adma.200700493. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2011-07-20.
  21. ^ Smit, Maykl V; Iordaniya, Kevin S; Park, Cheol; Kim, Jae-Vu; Lilxey, Piter T; Crooks, Roy; Harrison, Joycelin S (2009 yil 16-dekabr). "Bosib chiqarilgan bug '/ kondensator usuli orqali juda uzun va bir necha devorli bor nitritli nanotubkalar". Nanotexnologiya. 20 (50): 505604. Bibcode:2009 yilNanot..20X5604S. doi:10.1088/0957-4484/20/50/505604. PMID  19907071.
  22. ^ Jasmina (2017-03-05). "Deakin tadqiqotchilari dunyoda birinchi bo'lib BNNT yutug'iga erishdilar". Avstraliya ishlab chiqarish. Olingan 2020-03-20.
  23. ^ Ogg, Muallif: Mat. "Tez ko'tariladigan PPK Deakin universiteti bilan yuqori texnologik materiallarni yuqori darajaga ko'taradi". Biznes yangiliklari Avstraliya. Olingan 2020-03-22.
  24. ^ Smon, Bernadet (2018-09-07). "Ilg'or ishlab chiqaruvchilar uchun 19 million dollarlik yordam". www.minister.industry.gov.au. Olingan 2020-03-23.
  25. ^ Chen, Y .; va boshq. (2008). "Au Doped BN nanotubalari sozlanishi o'tkazuvchanligi bilan". Nano. 2 (6): 367. doi:10.1142 / S1793292007000702.
  26. ^ Li, C. X.; Qin, S .; Savaikar, M. A .; Vang, J .; Hao, B .; Chjan, D.; Banyai, D .; Yashak, J. A .; Klark, K. V.; Idrobo, J. C .; Li, A. P.; Yap, Y. K. (2013). "Oltin kvantli nuqtalar bilan ishlaydigan bor nitritli nanotubalarning xona-haroratli tunnel xatti-harakatlari". Murakkab materiallar. 25 (33): 4544–8. doi:10.1002 / adma.201301339. PMID  23775671.
  27. ^ Yu, J .; va boshq. (2006). "Izotop bilan boyitilgan 10BN nanotubalar" (PDF). Murakkab materiallar. 18 (16): 2157. doi:10.1002 / adma.200600231. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2011-07-17.
  28. ^ Ciofani, Janni; Danti, Serena; Genchi, Giada Graziana; Mazzolay, Barbara; Mattoli, Virjilio (2013-05-27). "Bor nitritli nanotubalar: biologik moslik va potentsial nanomeditsinada to'kilishi". Kichik. 9 (9–10): 1672–85. doi:10.1002 / smll.201201315. PMID  23423826.
  29. ^ Zhong, J; Dai, L.C. (2012). "Lipozomal nanomeditsinani saraton terapiyasiga yo'naltirish". Saratonni davolash va davolash texnologiyasi. 11 (5): 475–481. doi:10.7785 / tcrt.2012.500259. PMID  22475065.
  30. ^ "Bor nitrit nanotubalari: xususiyatlari, sintezi va qo'llanilishi". Sigma-Aldrich. Olingan 2020-03-20.