ライス大学の研究者たちは、エンジェル・マルティ教授の指導の下、高純度窒化ホウ素ナノチューブを作成する新しい方法を開発することにより、材料科学の分野で大きな進歩を遂げました。
これらのナノチューブは円筒形で中空であり、900°C (約 1,652°F) までの温度に耐えることができ、強度対重量比で鋼を上回るなどの顕著な特性を誇っています。この発見は、宇宙船製造、生物医学画像処理、水素貯蔵用途など、さまざまな産業に革命を起こす可能性を秘めています。
博士課程の学生であるケビン・シュマード氏が率い、最近では 公表 Chemistry of Materials では、窒化ホウ素ナノチューブから残留不純物を除去するプロセスについて詳しく説明しています。この精製は、反応プロセスの正確な調整と組み合わせてリン酸を使用して達成されます。
Shumard 氏は、この開発の重要性について次のように述べています。「課題は、材料の合成中に、チューブに加えて、多くの余分な材料が必要になることです。私たちは科学者として、実験時の変数を制限するために、できる限り純粋な材料を扱いたいと考えています。この研究により、金属やセラミック複合材料をさらに強化する添加剤として使用すると、業界全体を刷新する可能性のある材料の製造に一歩近づくことができます。」
問題となっている不純物は窒化ホウ素のかごであり、ホウ素粒子を包み込む球形の構造であり、通常はナノチューブの品質と機能を低下させます。この問題をきっかけに、ライスの研究者らは、リン酸が窒化ホウ素の湿潤剤であると特定した米国化学会誌に掲載された 2013 年の研究に触発されて、リン酸の使用を検討するようになりました。マルティ教授は「反応は予想していなかった」と当初の期待を語った。しかし、チームは混合物を加熱すると予期せぬ結果を観察し、チューブやケージではなくピラミッドの発見につながりました。
高温と酸濃度が窒化ホウ素にとって有害であることを認識したチームは、アプローチを修正しました。彼らは、望ましくない構造のみを除去するために反応を微調整しようとしました。これはナノチューブの新しい精製方法につながり、シュマード氏はこれを重要な進歩だと述べ、「私たちが作ることができる材料は、他のものと比較したときに、私がこれまで見た中で最も純粋なチューブである」と述べた。
研究チームの将来の目標は、この反応の収率を高めて、繊維を作成するのに十分な量のナノチューブを生成することである。これらの繊維は、鋼に代わるより持続可能な代替品として機能する可能性があり、優れた建築材料の開発に貢献します。シュマール氏は、「窒素は大気の 70% を占め、ホウ素は岩石に豊富に含まれています。この研究は、強度と持続可能性の両方の点で、より優れた建築材料への足がかりとなる可能性があります。」
窒化ホウ素ナノチューブは、引張強度や熱伝導率などの構造と特性においてカーボン ナノチューブと類似点を共有しています。ただし、それらはより優れた復元力を提供し、その特性は多くの場合カーボン ナノチューブの特性を補完します。カーボン ナノチューブは導電体または半導体として機能しますが、窒化ホウ素ナノチューブは絶縁体です。
マルティ氏は、この研究の可能性を強調し、次のように述べています。「窒化ホウ素ナノチューブの科学は、カーボン ナノチューブの科学ほど発達していません。純粋な窒化ホウ素ナノチューブを製造する能力は十分にあると考えているので、私たちは研究でこのギャップに対処したいと考えていました。」効率的かつ確実に実行することは、幅広い業界にとって重要になる可能性があります。」
ライス大学の研究者らによるこの革新的な成果は、より強力で耐熱性の高い材料への道を切り開くだけでなく、課題を克服し技術を進歩させる上での科学的調査と実験の力を実証するものでもあります。彼らの研究は材料科学の進歩の先駆けとなり、多くの産業を根本的に変革する可能性のある持続可能で高性能な材料の新時代の到来をもたらす可能性があります。
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- 情報源： 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/
