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(noticias nanowerk) Los materiales muy resistentes y ligeros que pueden soportar temperaturas extremadamente altas podrían, entre otras cosas, dar paso a las naves espaciales de próxima generación, mejorar los dispositivos actuales o permitir el desarrollo de nuevas aplicaciones de imágenes biomédicas o de almacenamiento de hidrógeno. Con ese fin, los científicos de la Universidad Rice en el laboratorio de Ángel Martí han descubierto una nueva forma de producir nanotubos de nitruro de boro de alta pureza, estructuras cilíndricas huecas que pueden soportar temperaturas de hasta 900 grados Celsius (~1652 Fahrenheit) y al mismo tiempo son más fuertes que el acero en peso. .
Según un estudio publicado en quimica de materiales (“Reactividad de nanomateriales de nitruro de boro con ácido fosfórico y su aplicación en la limpieza de nanotubos de nitruro de boro”), los investigadores de Rice han descubierto cómo eliminar impurezas difíciles de eliminar en nanotubos de nitruro de boro utilizando ácido fosfórico y una reacción de ajuste.
![Micrografías electrónicas de barrido del material de partida (desde la izquierda), el material resultante del tratamiento con ácido fosfórico altamente concentrado y los nanotubos de nitruro de boro limpios.](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64424_1.jpg)
«El desafío es que cuando sintetizamos el material, terminamos con una gran cantidad de material adicional además de los tubos», dijo Kevin Shumard, estudiante de posgrado en química y autor principal del estudio. “Como científicos queremos trabajar con el material más puro posible para limitar las variables a la hora de experimentar. Este trabajo nos acerca un paso más a la producción de materiales que tienen el potencial de revolucionar industrias enteras cuando se utilizan como aditivos para metales o compuestos cerámicos para hacerlos aún más fuertes”.
Las “cosas extra” que normalmente afectan la calidad y utilidad de los nanotubos son las jaulas de nitruro de boro: estructuras esféricas huecas que encapsulan partículas de boro. El trabajo que muestra que el ácido fosfórico actúa como agente humectante para el nitruro de boro inspiró a los investigadores a preguntarse si podrían usar el ácido para eliminar las jaulas (JACS“Intercalación reversible de nitruro de boro hexagonal con ácidos de Brønsted”).
“No esperábamos una respuesta”, dijo Martí, profesor de química, bioingeniería, ciencia de materiales y nanoingeniería, catedrático de química y director de la facultad del Rice Emerging Scholars Program.
Y en realidad no pasó nada a temperatura ambiente. Pero cuando calentaron las cosas, los investigadores se llevaron una sorpresa.
“Cuando miramos por el microscopio, no vimos tubos ni jaulas”, dijo Martí. «En lugar de eso, había pirámides».
Los investigadores descubrieron que las altas temperaturas y las concentraciones de ácido eran perjudiciales para el nitruro de boro. Así que revisaron su hipótesis y en su lugar intentaron ajustar la reacción para que sólo se destruyeran las estructuras no deseadas del material.
«A través de muchos experimentos, hemos desarrollado una dirección completamente nueva para la purificación de nanotubos», dijo Shumard. “Pasé mucho tiempo frente a un microscopio electrónico y leí muchos artículos con imágenes de nanotubos de nitruro de boro. El material que podemos producir es, con diferencia, el tubo más puro que he visto jamás, en comparación con otros”.
Los investigadores planean continuar sus esfuerzos para mejorar los rendimientos de las reacciones para producir suficientes nanotubos para producir fibras, lo que podría proporcionar una alternativa adecuada y más sostenible al acero.
«El nitrógeno constituye el 70% de nuestra atmósfera y el boro se encuentra en grandes cantidades en las rocas», dijo Shumard. «Este trabajo podría ser un trampolín hacia materiales de construcción mucho mejores, tanto en términos de resistencia como de sostenibilidad».
La estructura de los nanotubos de nitruro de boro es muy similar a la de los nanotubos de carbono, al igual que algunas de sus propiedades como la resistencia a la tracción y la conductividad térmica. Sin embargo, los nanotubos de nitruro de boro son más duraderos y algunas de sus propiedades complementan las de sus homólogos de carbono.
“Por ejemplo, los nanotubos de carbono pueden ser conductores eléctricos o semiconductores, mientras que los nanotubos de nitruro de boro son aislantes”, dijo Martí. “La ciencia de los nanotubos de nitruro de boro aún no está tan avanzada como la de los nanotubos de carbono; un vacío que queríamos llenar con nuestra investigación porque creemos que la capacidad de producir nanotubos de nitruro de boro puro de manera eficiente y confiable podría ser importante en todo el mundo. una amplia gama de industrias”.
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