질화붕소 나노튜브 섬유가 현실화되다

질화붕소 나노튜브 섬유가 현실화되다
실험실에서 습식 방적 공정에서 내열, 안정적인 섬유 최초 생성
날짜:
2022년 6월 23일
원천:
라이스 대학교
요약:
과학자들은 탄소 나노튜브 섬유를 만들기 위해 개발한 맞춤형 습식 방사 공정을 사용하여 최초의 질화붕소 나노튜브 섬유를 만듭니다.

Rice University 연구원들에 따르면, 질화붕소 나노튜브는 가공하기 어려웠습니다. 더 이상은 아닙니다.

Matteo Pasquali와 Angel Martí 교수가 이끄는 Rice 팀은 항공 우주, 전자 및 에너지 효율적인 재료를 포함한 대규모 응용 프로그램에 더 적합하도록 매우 가치 있는 나노튜브의 취급을 단순화했습니다.

연구자들은 Nature Communications 에 BNNT라고도 불리는 질화붕소 나노튜브가 클로로설폰산에서 주로 170ppm(ppm) 이상의 농도인 올바른 조건에서 스스로 액정을 조립한다고 보고했습니다.

이러한 액정은 일반적으로 용액에서 형성되는 얽힌 나노튜브보다 처리하기 훨씬 쉬운 정렬된 BNNT로 구성됩니다. 실험실은 액정 용액에서 섬유와 필름을 형성하는 작업을 진행했습니다.

"BNNT 섬유는 웨어러블에서 우주항공 차량에 이르기까지 다양한 제품의 제조에 매력적입니다."라고 Pasquali의 연구실에서 생산된 섬유의 특성을 분석하고 솔루션을 설계한 연구실의 Martí가 말했습니다.

질화붕소 나노튜브는 탄소 나노튜브와 유사하지만 육각형 격자에 탄소 대신 붕소와 질소 원자가 교대로 있습니다. 두 유형의 나노튜브는 모두 강하지만 전기 전도성 탄소 나노튜브와 달리 BNNT는 우수한 전기 절연체이며 최대 섭씨 900도(화씨 1,652도)의 공기 중에서 열 및 화학적으로 안정합니다.

액정을 형성하기 위해 연구원들은 나노튜브에 오염 물질이 없는지 확인해야 했습니다. 불행히도, 그 오염 물질은 대부분 작품을 질식시킬 위험이 있는 질화붕소 조각이었습니다.

"초기 BNNT 샘플에는 나노튜브가 아닌 질화붕소 구조가 많이 포함되어 있었습니다."라고 대학원생이자 주저자인 Cedric Ginestra가 말했습니다. "그들은 BNNT에 화학적으로 결합되었거나 BNNT가 산에 분산되고 더 높은 농도에서 정렬되는 것을 방지하는 방식으로 물리적으로 부착되었습니다.

"이런 질화붕소 동소체를 BNNT에서 분리하는 것은 어렵고 농도를 측정하는 것조차 어렵다"고 그는 말했다. "모든 다른 유형의 질화붕소는 우리가 지금까지 시도한 모든 정량적 기술에 의해 기본적으로 동일하게 나타납니다."

그는 공급업체와 협력하여 액정 용액 형성을 위한 BNNT 정제 공정을 최적화하고 Pasquali 연구소에서 개발한 정제 공정을 사용하여 더 나은 배치의 BNNT를 얻는 데 도움이 되었다고 말했습니다. 일단 적절한 재료가 생산되면 Pasquali 그룹은 탄소 나노튜브 섬유에 대한 습식 방사 기술을 신속하게 적용하여 이 공정을 통해 최초의 질화붕소 실을 만들 준비를 마쳤습니다.

Ginestra는 "다른 사람들이 BNNT의 단단한 퍼프를 가져 와서 실을 만들기 위해 늘리고 비틀어 실을 만든다는 보고가 있지만 그것은 우리의 과정과 매우 다릅니다"라고 말했습니다. "우리의 목표는 나노튜브의 길이를 따라 특성이 더 좋기 때문에 매우 고도로 정렬된 섬유를 만드는 것이었습니다."

내부의 나노튜브가 이미 정렬되어 있기 때문에 액정은 섬유의 이상적인 전구체라고 그는 말했다. 액정의 BNNT 배향은 투명해 보여도 결정이 프리즘과 같은 빛을 분할하는 현상인 복굴절에 의해 현미경으로 확인되었습니다.

필름은 또한 BNNT 용액 처리가 탄소 나노튜브를 위해 개발된 방법을 채택할 수 있는 방법을 보여주었다고 Ginestra는 말했습니다. 이러한 투명 박막은 차세대 전자 장치에 유용할 수 있습니다. 그는 "재료와 액정 용액에 대한 이해가 향상됨에 따라 BNNT 필름과 섬유 특성이 향상될 것"이라고 말했다.

Martí는 BNNT 필름이 자외선, 방오 코팅 및 부식 방지용 필터로 유용할 것이라고 말했습니다.