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氮化硼纳米管BNNTs规模化工业生产障碍清除
2021年09月28日 发布 分类:技术前沿 点击量:433
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近日,一项美国能源部科学研究室支持的跨国跨学科研究成果表明,BN化合物是通过分子氮与小硼团簇的相互作用而形成的,而不是通过与反应性较差的液态硼的相互作用而形成的。在研究基础上,氮化硼纳米管有望实现规模化工业生产,从而可以使其能够服务于众多行业应用。

论文地址:doi: 10.1088/1361-6528/ac1c20

BNNTs的三种生长机制

碳纳米管CNTs是一种量产纳米材料,从体育用品、运动服到牙科植入物和电极,无所不包。但是,氮化硼纳米管BNNTs的生产难度却不能相提并论,虽然它拥有轻薄且坚固,不燃又可以阻挡辐射等多种特性,但却很难普及应用。论文主要作者Barsukov说:“在高温合成过程中,小团簇硼的密度很低。“这是大规模生产的主要障碍。”

普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的研究人员提出了一种循序渐进的化学途径来制备这种被称为氮化硼纳米管(BNNT)的纳米材料的前体,通过实验证明,在氢气存在下,HBNH分子可能是BNNT合成的主要前驱体。

项目首席研究员Kaganovich说,这一结果解开了分子氮是如何在双原子分子或双原子分子中具有第二强化学键的,却能通过与硼的反应而分裂,形成各种各样的氮化硼分子的谜团。他说:“我们花了相当长的时间思考如何从硼和氮的混合物中得到硼氮化合物。”。“我们发现,与大得多的硼液滴相反,小的硼团很容易与氮分子发生相互作用。这就是为什么我们需要一位量子化学家与我们一起进行详细的量子化学计算。”

NNT合成的过程始于科学家使用10000度的等离子射流将硼和氮气转化成由自由电子和原子核或离子组成的等离子体,嵌入背景气体中。这显示了该过程是如何展开的:喷射蒸发硼,而分子氮基本保持不变;当等离子体冷却时,硼凝结成液滴;当温度下降到几千度时,液滴形成小团;关键的下一步是氮与小团硼分子反应形成硼氮链;通过相互碰撞和折叠成氮化硼纳米管的前体,这些链会变长。


编译 YUXI

在线阅读地址:

https://www.researchgate.net/publication/351575357_Boron_nitride_nanotube_precursor_formation_during_high-temperature_synthesis_Kinetic_and_thermodynamic_modelling/fulltext/609ded47299bf147699648c1/Boron-nitride-nanotube-precursor-formation-during-high-temperature-synthesis-Kinetic-and-thermodynamic-modelling.pdf


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