Forschern der Rice University ist unter der Leitung von Professor Angel Martí ein bedeutender Durchbruch auf dem Gebiet der Materialwissenschaften gelungen, indem sie eine neuartige Methode zur Herstellung hochreiner Bornitrid-Nanoröhren entwickelt haben.

Diese zylindrisch geformten und hohlen Nanoröhren zeichnen sich durch bemerkenswerte Eigenschaften aus, wie z. B. die Fähigkeit, Temperaturen von bis zu 900 °C (ca. 1,652 °F) standzuhalten, und übertreffen Stahl im Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Diese Entdeckung hat das Potenzial, verschiedene Branchen zu revolutionieren, darunter die Herstellung von Raumfahrzeugen, die biomedizinische Bildgebung und Anwendungen zur Wasserstoffspeicherung.

Unter der Leitung des Doktoranden Kevin Shumard und kürzlich veröffentlicht in Chemistry of Materials beschreibt detailliert den Prozess der Entfernung hartnäckiger Verunreinigungen aus Bornitrid-Nanoröhren. Diese Reinigung wird mithilfe von Phosphorsäure erreicht, gepaart mit einer genauen Anpassung des Reaktionsprozesses.

Shumard geht auf die Bedeutung dieser Entwicklung ein und erklärt: „Die Herausforderung besteht darin, dass wir bei der Synthese des Materials zusätzlich zu den Röhren am Ende noch eine Menge zusätzliches Material haben. Als Wissenschaftler möchten wir mit möglichst reinem Material arbeiten, um die Variablen beim Experimentieren zu begrenzen. Diese Arbeit bringt uns der Herstellung von Materialien einen Schritt näher, die das Potenzial haben, ganze Industrien zu revolutionieren, wenn sie als Zusatz zu Metallen oder Keramikverbundwerkstoffen verwendet werden, um diese noch stärker zu machen.“

Bei den fraglichen Verunreinigungen handelt es sich um Bornitridkäfige, kugelförmige Strukturen, die Borpartikel umschließen und typischerweise die Qualität und Funktionalität der Nanoröhren beeinträchtigen. Dieses Problem veranlasste die Rice-Forscher, die Verwendung von Phosphorsäure zu untersuchen, inspiriert durch eine Studie aus dem Jahr 2013 im Journal of the American Chemical Society, in der die Säure als Bornitrid-Benetzungsmittel identifiziert wurde. Professor Martí teilte seine anfänglichen Erwartungen mit und sagte: „Wir haben nicht mit einer Reaktion gerechnet.“ Beim Erhitzen der Mischung beobachtete das Team jedoch ein unerwartetes Ergebnis, das zur Entdeckung von Pyramiden anstelle von Röhren und Käfigen führte.

Das Team erkannte, dass hohe Temperaturen und Säurekonzentrationen schädlich für Bornitrid waren, und überarbeitete seinen Ansatz. Sie versuchten, die Reaktion so zu verfeinern, dass nur die unerwünschten Strukturen entfernt wurden. Dies führte zu einer neuartigen Reinigungsmethode für Nanoröhren, die Shumard als bedeutenden Fortschritt beschreibt: „Das Material, das wir herstellen können, ist im Vergleich zu anderen bei weitem das reinste Röhren, das ich je gesehen habe.“

Das zukünftige Ziel des Teams besteht darin, die Ausbeute dieser Reaktion zu steigern, um ausreichende Mengen an Nanoröhren für die Herstellung von Fasern zu produzieren. Diese Fasern könnten möglicherweise als nachhaltigere Alternative zu Stahl dienen und zur Entwicklung hochwertiger Baumaterialien beitragen. Shumard betont den Nachhaltigkeitsaspekt und erklärt: „Stickstoff macht 70 % unserer Atmosphäre aus und Bor kommt in Gesteinen sehr häufig vor.“ Diese Arbeit könnte ein Sprungbrett zu viel besseren Baumaterialien sein, sowohl in Bezug auf Festigkeit als auch in Bezug auf Nachhaltigkeit.“

Bornitrid-Nanoröhren weisen in Struktur und Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit Ähnlichkeiten mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf. Allerdings bieten sie eine größere Widerstandsfähigkeit und ihre Eigenschaften ergänzen oft die von Kohlenstoffnanoröhren. Während Kohlenstoff-Nanoröhren als elektrische Leiter oder Halbleiter fungieren können, sind Bornitrid-Nanoröhren Isolatoren.

Martí unterstreicht das Potenzial dieser Forschung und erklärt: „Die Wissenschaft zu Bornitrid-Nanoröhren ist noch nicht so weit entwickelt wie die Wissenschaft zu Kohlenstoff-Nanoröhren – eine Lücke, die wir mit unserer Forschung schließen wollten, weil wir glauben, dass es nicht möglich ist, reine Bornitrid-Nanoröhren herzustellen.“ effizient und zuverlässig zu arbeiten, könnte für eine Vielzahl von Branchen wichtig sein.“

Diese innovative Leistung der Forscher der Rice University ebnet nicht nur den Weg für stärkere, hitzebeständigere Materialien, sondern veranschaulicht auch die Kraft wissenschaftlicher Forschung und Experimente bei der Bewältigung von Herausforderungen und der Weiterentwicklung der Technologie. Ihre Arbeit gilt als Leuchtturm des Fortschritts in der Materialwissenschaft und könnte möglicherweise eine neue Ära nachhaltiger und leistungsstarker Materialien einläuten, die eine Vielzahl von Branchen grundlegend verändern könnte.

• SEO-gestützte Content- und PR-Distribution. Holen Sie sich noch heute Verstärkung.
• PlatoData.Network Vertikale generative KI. Motiviere dich selbst. Hier zugreifen.
• PlatoAiStream. Web3-Intelligenz. Wissen verstärkt. Hier zugreifen.
• PlatoESG. Kohlenstoff, CleanTech, Energie, Umwelt, Solar, Abfallwirtschaft. Hier zugreifen.
• PlatoHealth. Informationen zu Biotechnologie und klinischen Studien. Hier zugreifen.
• Quelle: https://genesisnanotech.wordpress.com/2024/01/26/rice-universitys-pioneering-research-in-boron-nitride-nanotubes-potential-to-fundamentally-transform-a-multitude-of-industries-hydrogen-storage-and-spacecraft-manufacturing-among-them/