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LOS ANGELES: I ricercatori della Rice University hanno sviluppato un nuovo metodo per la produzione di elevata purezza nanotubi di nitruro di boro. Queste strutture cilindriche cave possono resistere a temperature fino a 900 gradi Celsius (~1652 Fahrenheit) e sono più resistenti dell’acciaio in termini di peso.
Materiali resistenti e leggeri in grado di resistere a temperature estremamente elevate potrebbero aprire la strada a veicoli spaziali di prossima generazione, migliorare l’elettronica esistente e consentire, tra le altre cose, lo sviluppo di immagini biomediche uniche o applicazioni di stoccaggio dell’idrogeno.
Secondo un rapporto pubblicato su Chemistry of Materials, i ricercatori della Rice, guidati da Angel Marti, ne hanno scoperto l’utilizzo acido fosforico per rimuovere duro impurità da nanotubi di nitruro di boro e mettere a punto la procedura.
“La sfida è che durante la sintesi del materiale, oltre ai tubi, ci ritroviamo con un sacco di materiale extra”, ha affermato Kevin Shumard, dottorando in chimica e autore principale dello studio. “Come scienziati, vogliamo lavorare con il materiale più puro possibile in modo da poter limitare le variabili durante la sperimentazione. Questo lavoro ci porta un passo avanti verso la produzione di materiali con il potenziale di rinnovare interi settori se utilizzati come additivi per metalli o compositi ceramici per renderli ancora più forti.”
Sono le “cose extra” che di solito rovinano la qualità e l’utilità dei nanotubi gabbie in nitruro di boro, strutture cave a forma di sfera che incapsulano particelle di boro. Un documento che mostrava che l’acido fosforico agiva come agente bagnante del nitruro di boro ha ispirato i ricercatori a esplorare se potevano usare l’acido per rimuovere le gabbie.
“Non ci aspettavamo una reazione”, ha detto Marti, professore di chimica, bioingegneria, scienza dei materiali e nanoingegneria, cattedra di chimica e direttore della facoltà del Rice Emerging Scholars Program.
E infatti, a temperatura ambiente, non è successo nulla. Ma quando la situazione si è surriscaldata, i ricercatori hanno avuto una sorpresa.
“Quando abbiamo guardato al microscopio, non abbiamo visto né tubi né gabbie”, ha detto Marti. “Invece c’erano le piramidi.”
I ricercatori hanno appreso che le alte temperature e le concentrazioni di acido erano distruttive per il nitruro di boro, quindi hanno rivisto la loro ipotesi e hanno invece mirato a mettere a punto la reazione per distruggere solo le strutture indesiderate nel materiale.
“Attraverso numerosi esperimenti, abbiamo sviluppato una direzione completamente nuova per la purificazione dei nanotubi”, ha affermato Shumard.
“Ho trascorso molto tempo davanti a un microscopio elettronico e ho letto molti articoli con immagini di nanotubi di nitruro di boro. Il materiale che possiamo realizzare è di gran lunga il tubo più puro che abbia mai visto rispetto ad altri.”
I ricercatori intendono continuare i loro sforzi per migliorare la resa delle reazioni in modo da produrre abbastanza nanotubi per produrre fibre, che potrebbero rappresentare un’alternativa adeguata e più sostenibile all’acciaio.
“L’azoto costituisce il 70% della nostra atmosfera e il boro è molto abbondante nelle rocce”, ha detto Shumard. “Questo lavoro potrebbe essere un trampolino di lancio verso materiali da costruzione molto migliori, sia in termini di resistenza che di sostenibilità.”
La struttura dei nanotubi di nitruro di boro è molto simile a quella dei nanotubi di carbonio, così come alcune delle loro proprietà, come la resistenza alla trazione e la conduttività termica. Tuttavia, i nanotubi di nitruro di boro sono più resistenti e alcune delle loro proprietà sono complementari a quelle dei nanotubi di carbonio.
“Ad esempio, i nanotubi di carbonio possono essere conduttori elettrici o semiconduttori, mentre i nanotubi di nitruro di boro sono isolanti”, ha affermato Marti.
“La scienza dei nanotubi di nitruro di boro non è così sviluppata come la scienza dei nanotubi di carbonio, una lacuna che speravamo di colmare nella nostra ricerca perché riteniamo che la capacità di produrre nanotubi di nitruro di boro puri in modo efficiente e affidabile potrebbe essere importante per una vasta gamma delle industrie.”
Materiali resistenti e leggeri in grado di resistere a temperature estremamente elevate potrebbero aprire la strada a veicoli spaziali di prossima generazione, migliorare l’elettronica esistente e consentire, tra le altre cose, lo sviluppo di immagini biomediche uniche o applicazioni di stoccaggio dell’idrogeno.
Secondo un rapporto pubblicato su Chemistry of Materials, i ricercatori della Rice, guidati da Angel Marti, ne hanno scoperto l’utilizzo acido fosforico per rimuovere duro impurità da nanotubi di nitruro di boro e mettere a punto la procedura.
“La sfida è che durante la sintesi del materiale, oltre ai tubi, ci ritroviamo con un sacco di materiale extra”, ha affermato Kevin Shumard, dottorando in chimica e autore principale dello studio. “Come scienziati, vogliamo lavorare con il materiale più puro possibile in modo da poter limitare le variabili durante la sperimentazione. Questo lavoro ci porta un passo avanti verso la produzione di materiali con il potenziale di rinnovare interi settori se utilizzati come additivi per metalli o compositi ceramici per renderli ancora più forti.”
Sono le “cose extra” che di solito rovinano la qualità e l’utilità dei nanotubi gabbie in nitruro di boro, strutture cave a forma di sfera che incapsulano particelle di boro. Un documento che mostrava che l’acido fosforico agiva come agente bagnante del nitruro di boro ha ispirato i ricercatori a esplorare se potevano usare l’acido per rimuovere le gabbie.
“Non ci aspettavamo una reazione”, ha detto Marti, professore di chimica, bioingegneria, scienza dei materiali e nanoingegneria, cattedra di chimica e direttore della facoltà del Rice Emerging Scholars Program.
E infatti, a temperatura ambiente, non è successo nulla. Ma quando la situazione si è surriscaldata, i ricercatori hanno avuto una sorpresa.
“Quando abbiamo guardato al microscopio, non abbiamo visto né tubi né gabbie”, ha detto Marti. “Invece c’erano le piramidi.”
I ricercatori hanno appreso che le alte temperature e le concentrazioni di acido erano distruttive per il nitruro di boro, quindi hanno rivisto la loro ipotesi e hanno invece mirato a mettere a punto la reazione per distruggere solo le strutture indesiderate nel materiale.
“Attraverso numerosi esperimenti, abbiamo sviluppato una direzione completamente nuova per la purificazione dei nanotubi”, ha affermato Shumard.
“Ho trascorso molto tempo davanti a un microscopio elettronico e ho letto molti articoli con immagini di nanotubi di nitruro di boro. Il materiale che possiamo realizzare è di gran lunga il tubo più puro che abbia mai visto rispetto ad altri.”
I ricercatori intendono continuare i loro sforzi per migliorare la resa delle reazioni in modo da produrre abbastanza nanotubi per produrre fibre, che potrebbero rappresentare un’alternativa adeguata e più sostenibile all’acciaio.
“L’azoto costituisce il 70% della nostra atmosfera e il boro è molto abbondante nelle rocce”, ha detto Shumard. “Questo lavoro potrebbe essere un trampolino di lancio verso materiali da costruzione molto migliori, sia in termini di resistenza che di sostenibilità.”
La struttura dei nanotubi di nitruro di boro è molto simile a quella dei nanotubi di carbonio, così come alcune delle loro proprietà, come la resistenza alla trazione e la conduttività termica. Tuttavia, i nanotubi di nitruro di boro sono più resistenti e alcune delle loro proprietà sono complementari a quelle dei nanotubi di carbonio.
“Ad esempio, i nanotubi di carbonio possono essere conduttori elettrici o semiconduttori, mentre i nanotubi di nitruro di boro sono isolanti”, ha affermato Marti.
“La scienza dei nanotubi di nitruro di boro non è così sviluppata come la scienza dei nanotubi di carbonio, una lacuna che speravamo di colmare nella nostra ricerca perché riteniamo che la capacità di produrre nanotubi di nitruro di boro puri in modo efficiente e affidabile potrebbe essere importante per una vasta gamma delle industrie.”
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