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Los materiales resistentes y livianos que pueden soportar temperaturas muy altas tienen el potencial de mejorar las tecnologías existentes, allanar el camino para el desarrollo de nuevas aplicaciones de imágenes biomédicas o almacenamiento de hidrógeno, o incluso marcar el comienzo de la próxima generación de naves espaciales.
Para ello, investigadores de la Universidad Rice, en colaboración con el laboratorio de Ángel Martí, han descubierto un novedoso método para producir nanotubos de nitruro de boro de alta pureza, que son estructuras huecas y cilíndricas más pesadas que el acero y capaces de soportar temperaturas de hasta 900 grados centígrados (~ 1652 grados Fahrenheit).
En un estudio publicado en quimica de materialesLos investigadores de Rice descubrieron que al usar ácido fosfórico y ajustar el proceso, podían eliminar las impurezas rebeldes de los nanotubos de nitruro de boro.
El desafío es que cuando sintetizamos el material, terminamos con muchos materiales adicionales además de los tubos. Como científicos, queremos trabajar con el material más puro posible para limitar las variables al 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.
Kevin Shumard, investigador principal y estudiante de posgrado, Universidad Rice
Las jaulas de nitruro de boro, estructuras esféricas huecas que encierran partículas de boro, son el “extra” que a menudo compromete la calidad y el uso de los nanotubos. Los investigadores exploraron la posibilidad de utilizar ácido fosfórico para disolver las jaulas después de descubrir en un estudio que el ácido actuaba como agente humectante de nitruro de boro.
No esperábamos una reacción..
Ángel Martí, Profesor, Universidad Rice
De hecho, a temperatura normal no pasó nada. Sin embargo, los investigadores se sorprendieron cuando calentaron las cosas.
Martí añadió además: “Cuando miramos por el microscopio no vimos tubos ni jaulas. En lugar de eso había pirámides.«
Después de que los investigadores descubrieron que las altas temperaturas y las concentraciones de ácido eran perjudiciales para el nitruro de boro, cambiaron su plan original y modificaron la reacción para que sólo destruyera las estructuras indeseables del material.
Shumard señaló: “A través de muchos experimentos hemos desarrollado una dirección completamente nueva para la limpieza de nanotubos. He pasado mucho tiempo delante de un microscopio electrónico y leído 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 en comparación con otros.«
Los investigadores quieren seguir trabajando para aumentar el rendimiento de las reacciones para producir suficientes nanotubos para producir fibras que podrían servir como un sustituto bueno y más respetuoso con el medio ambiente del acero.
“El nitrógeno constituye el 70% de nuestra atmósfera y el boro abunda en las rocas. Este trabajo podría ser un trampolín hacia materiales de construcción mucho mejores, tanto en términos de resistencia como de sostenibilidad.añadió Shumard.
Tanto la resistencia a la tracción como la conductividad térmica de los nanotubos de nitruro de boro, así como su estructura, son notablemente similares a las de los nanotubos de carbono. Sin embargo, los nanotubos de nitruro de boro exhiben una mayor tenacidad y algunas propiedades complementarias en comparación con sus homólogos de carbono.
Martí explicó: “Por ejemplo, los nanotubos de carbono pueden ser conductores eléctricos o semiconductores, mientras que los nanotubos de nitruro de boro son aislantes. La ciencia de los nanotubos de nitruro de boro no es tan avanzada como la ciencia 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 para una variedad de industrias.«
Los coautores del estudio incluyen al investigador postdoctoral Jesús Acapulco Jr. y Matteo Pasquali, profesor AJ Hartsook de Ingeniería Química y Biomolecular y profesor de Química, Ciencia de Materiales y Nanoingeniería.
La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-19-1-7045), la Fundación Nacional de Ciencias (1807737, 2108838) y la Fundación Welch (C-1668) proporcionaron fondos para el estudio.
Referencia de la revista:
Shumard, K., et. Alabama. (2023) Reactividad de nanomateriales de nitruro de boro con ácido fosfórico y su aplicación en la limpieza de nanotubos de nitruro de boro. quimica de materiales. doi:10.1021/acs.chemmater.3c01424
Fuente: https://www.rice.edu/
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