ویکی‌پدیا

نانو لوله‌های نیترید بور

نانو لوله‌های نیترید بور (BNNT) چند شکلی (Polymorph) از نیترید بور هستند، آنها در سال ۱۹۹۴ پیش‌بینی شدند[۲]و به‌طور آزمایشی در سال ۱۹۹۵ کشف شدند.[۳]از نظر ساختاری مشابه نانو لوله‌های کربنی هستند که استوانه‌هایی با قطر کمتر از میکرومتر و طول میکرومتر هستند، با این تفاوت که اتم‌های کربن به‌طور متناوب توسط اتم‌های نیتروژن و بور جایگزین می‌شوند. با این حال خواص نانو لوله‌های نیترید بور بسیار متفاوت است، در حالیکه نانو لوله‌های کربنی بسته به جهت و شعاع غلتکی می‌توانند فلزی یا نیمه رسانا باشند. یک نانو لولهBN عایق الکتریکی به‌شمار می‌آید که دارای باند e.V 5.5 است و در حقیقت مستقل از خاصیت لوله و شکل‌گیری است،[۴] علاوه بر این یک ساختار نانو لولهBN لایه‌ای از لحاظ حرارتی و شیمیایی بسیار پایدار از یک ساختار کربنی گرافیتی است.[۵][۶]BNNT در مقایسه با نانو لوله‌های کربنی(CNT) که دارای طیف وسیعی از کاربردهای تجاری و علمی هستند، دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی می‌باشند، اگرچه BNNTها و CNTها دارای خواص مقاومت کششی مشابه و دارای درجه صنعتی تقریباً ۱۰۰برابر قوی‌تر از فولاد و ۵۰ برابر قوی‌تر از فیبر کربن هستند،[۷][۸] BNNTها می‌توانند در دمای بالا تا ۹۰۰ درجه سانتی گراد مقاومت کنند.[۹] در مقایسه با CNTها که تا دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد پایدار می‌مانند[۱۰] ،BNNTها نیز تابش را جذب می‌کنند و ممکن است ناسا(NASA) برای محافظ تابش فضایی خود در عملیات رفتن به کره مریخ در سال ۲۰۳۰ از آن کمک بگیرد. BNNTها دارای خاصیت فیزیکوشیمیایی(Physicochemical) است مانند: آبگریزی بالا، ظرفیت ذخیره‌سازی قابل توجه هیدروژن هستند و از آنها در کاربردهای پزشکی و بیوپزشکی استفاده می‌شوند،[۱۱] به عنوان مثال: تحویل ژن، تحویل دارو، درمان جذب نوترون‌ها و به‌طور کلی به عنوان مواد بیولوژیکی هستند.

نانولوله BN درون میکروسکوپ الکترونی عبوری خم شد. دیواره‌های آن پس از آزاد شدن فشار خود ترمیم می‌شوند.[۱]

همچنین BNNTها از CNTها برتر هستند. همچنین به پلیمرها متصل می‌شوند و از این طریق باعث ایجاد بسیاری از کاربردهای جدید و مواد ترکیبی می‌شوند.[۱۲]

سنتز و تولید ویرایش

تمام تکنیک‌های ثابت رشد نانو لوله‌های کربنی مانند تخلیه قوس، لیزر فرسایش و رسوب بخار شیمیایی برای تولید انبوه نانو لوله‌های BN در مقایس ۱۰ گرم استفاده می‌شود.[۱۳][۱۴][۱۵] نانو لوله‌های BN همچنین می‌توانند از طریق گلوله زنی بور آمورف، مخلوط با کاتالیزور (پودر آهن) تحت جو آمونیاک(NH3) تولید شوند، آنیل بعدی در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی گراد در جریان نیتروژن بیشتر محصول را به BN تبدیل می‌کند.[۱۶]

 
a)شماتیک یک سیستم پلاسمای حرارتی القایRF که برای تولید انبوهBNNT استفاده می‌شود، پودر خالصh-BN با عبور از یک پلاسماN2-H2با دمای (8000K) به‌طور BNNT تبدیل می‌شود. b) توزیع دما محاسبه شده داخل رآکتور c) توزیع سرعت محاسبه شده (چپ) و جریان ساده (راست)[۱۷]

روش فشار بالا با درجه حرارت بالا نیز برای سنتز نانولوله‌های BN مناسب است. مسیر تولید BNNT به دلیل عملکرد و کیفیت پایین در مقایسه با CNT مسئله مهمی است، بنابراین کاربردهای عملی آن را محدودتر کرده‌است، با این وجود در سال‌های اخیر موفقیت‌های زیادی در سنتز BNNT حاصل شده‌است که دسترسی به این ماده را امکان‌پذیر می‌سازد و زمینه را برای توسعه برنامه‌های امیدوار کننده هموار می‌سازد. اخیراً پیشرفت‌های قابل توجهی توسط دانشگاه Deakin استرالیا حاصل شده ، که با یک فرایند تولید «جدید و مقایس پذیر» انجام شده‌است و برای اولین بار از زمان کشف این مواد برای دو دهه پیش، تولید BNNTها را در مقیاس و مقادیر زیاد امکان‌پذیر می‌کند.[۱۸] گروهPPK موجودASX در فهرست استرالیایی(ASX:PPK) یک قرار داد سرمایه‌گذاری مشترک با دانشگاه Deakin در نوامبر ۲۰۱۸ برای BNNT Technology Limited امضا کردند که با هدف تولید نانولوله‌های نیترید بور(BNNT) برای زمینه‌های تجاری بود.[۱۹]

این همکاری با سرمایه‌گذاری دولت استرالیا در BNNT Technology Limited پشتیبانی می‌شود و ممکن است، به‌طور قابل توجهی عرضه جهانیBNNT را باز کند که مجموعه جدیدی از کاربردها، برنامه‌ها، مواد کامپوزیتها و فناوری را باز می‌کند.[۲۰]

خصوصیات و کاربردهای بالقوه ویرایش

خواص انتشار الکتریکی و میدانی نانو لوله‌های BN را می‌توان با دوپینگ بوسیله اتم‌های طلا از طرق پاشیدن اتم‌های طلا بر روی نانو لوله‌ها تنظیم کرد، دوپینگ اتم‌های نادر زمین یوروپیوم(europium)، نانو لوله‌های BN را به ماده فسفر تبدیل می‌کند که در اثر تحریک کردن الکترون نور مرئی ساطع می‌کند، نقاط کوانتمی از ذرات طلای ۳نانومتری، که در نانو لوله‌ها از هم فاصله دارند و خواص ترانزیستورهای اثر میدان را در دمای اتاق نشان می‌دهند.[۲۱][۲۲][۲۳][۱۶]

مانند الیاف BN، نانو لوله‌های نیترید بور نویدهایی را برای کاربرد هوافضا نشان می‌دهند که در آن ادغام بور و به ویژه ایزوتوپ سبک بور(10B) در مواد ساختاری هم قدرت و هم خاصیت محافظت در برابر اشعه را بهبود می‌بخشد. این بهبود به دلیل جذب شدید نوترون توسط 10B است، چنین مواد 10BN از لحاظ نظری ویژه به عنوان مواد ساختاری ترکیبی در فضاپیمای بین سیارههای بدون سرنشین دار در آینده است، که در آن انتظار می‌رود، محافظت از جذب نوترون‌های انعطاف‌پذیر اشعه کیهانی یک ویژگی خاص در مواد ساختمانی سبک باشد.[۲۴]

به نظر می‌رسد برسی‌های سم‌شناسی در مورد BNNTهای انجام شده در سال ۲۰۱۰ نشان می‌دهد، اینرسی (سکون) شیمیایی پیشرفته نانو لولههای نیترید بور از سازگاری زیستی برخوردار است، در نتیجه استفاده از آنها در زمینه زیست پزشکی هم به عنوان نانو حامل و هم به عنوان تولیدکننده نانو پیشنهاد شده‌است.[۲۵]

نانو لوله‌های BN همچنین در زمینه درمان‌های برخی سرطانها پتانسیل داشتن کاربردهایی را نشان داده‌اند.[۲۶]

 
همان‌طور که در این تست مقایسه شعله هواپیماهای ساخته شده از سلولز، buckypaper کربن و buckypaper نانولوله BN نشان داده شده‌است.[۱۷]

سختی بالا و پایداری شیمیایی عالی مواد BNNT را برای تقویت در پلیمرها، سرامیکها و فلزات ایده‌آل می‌کندبه عنوان مثال کامپوزیت‌های BNNT/ اپوکسی مبتنی بر buckypaper و کامپوزیت buckypaper اصلاح شده پلی یورتان(polyurethane) با موفقیت تولید شده‌اند، این مواد کامپوزیتی مدول یانگ بیش از دو برابر مقدار اپوکسی شسته و ۲۰ برابر buckypaper(بدون مواد آغشته) را به نمایش می‌گذارند.BNNT همچنین یکی از امیدوار کننده‌ترین مواد برای تقویت سازه‌های مبتنی بر آلومینیوم است.[۲۷][۲۸]

واکنش کم BNNTها ادغام این ماده را در یک ماتریس آلومینیم تسهیل می‌کند، جایی کهCNTها به دلیل واکنش بین کربن و آلومینیم که فاز ناخواستهAl4C3 را تشکیل می‌دهد، از کار می‌افتد.BNNT همچنین دمای اکسیداسیون بسیار بالاتری (تقریباً ۹۵۰ درجه سانتی گراد) نسبت به نقطه ذوب آلومینیم(۶۶۰ درجه سانتی گراد) نشان می‌دهد، که باعث پراکندگی همگنBNNTها به‌طور مستقیم در مذاب آلومینیم می‌شود.

از آنجا که BNNTها خواص مکانیکی خود را در دمای بالا حفظ می‌کنند (در حالی که چگالی بسیار کمی دارند) توسعه MMC سبک‌وزن مقاوم در برابر دما قابل دستیابی است.BNNTها همچنین هدایت حرارتی خوبی دارند، این کار آنها را برای کاربردهای الکتریکی نانو که اتلاف حرارت در آنها بسیار حیاتی است مفید می‌کند. این امر باعث می‌شود BNNT چند منظوره باشد زیرا نه تنها سختی کامپوزیت‌ها را بهبود می‌بخشد[۲۹] بلکه هدایت حرارتی بالایی همراه با شفافیت بالا را دارد.

 
می توان با افزودنdrum استوانه ای به رآکتور فوق، ورق‌های buckypaper با طول BN ساخت.[۱۷]

ترکیبی از سختی بالا و شفافیت بالا در حال حاضر در توسعه کامپوزیت‌های شیشه تقویت شده با BNNT مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌است. سایر خصوصیات ذاتی BNNT مانند توانایی محافظت در برابر تشعشع مقاومت الکتریکی بالا[۱۶]و خصوصیات پیزوالکتریکی بسیار عالی، احتمالاً باعث ایجاد علاقه برای ادغام آنها در برنامه‌های جدید می‌شود.[۳۰]

جستارهای وابسته ویرایش

منابع ویرایش

  1. ↑ Golberg, Dmitri; Costa, Pedro M. F. J. ; Mitome, Masanori; Bando, Yoshio (2009). "Properties and engineering of individual inorganic nanotubes in a transmission electron microscope". Journal of Materials Chemistry.
  2. ↑ Rubio, null; Corkill, null; Cohen, null (1994-02-15). "Theory of graphitic boron nitride nanotubes". Physical Review. B, Condensed Matter. 49 (7): 5081–5084. doi:10.1103/physrevb.49.5081. ISSN 0163-1829. PMID 10011453.
  3. ↑ Chopra, N. G.; Luyken, R. J.; Cherrey, K.; Crespi, V. H.; Cohen, M. L.; Louie, S. G.; Zettl, A. (1995-08-18). "Boron nitride nanotubes". Science (New York, N.Y.). 269 (5226): 966–967. doi:10.1126/science.269.5226.966. ISSN 0036-8075. PMID 17807732.
  4. ↑ Blase, X. ; et al. (1994). "Stability and Band Gap Constancy of Boron Nitride Nanotubes". Europhysics Letters (EPL).
  5. ↑ Wei-Qiang Han; et al. (2002). «Applied Physics Letters» (PDF). بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۵ مه ۲۰۰۶. دریافت‌شده در ۲۵ ژانویه ۲۰۲۱.
  6. ↑ Golberg, D. ; Bando, Y. ; Tang, C.C. & Zhi, C.Y. (2007). "Boron Nitride Nanotubes". Advanced Materials.
  7. ↑ Jolly, R. D.; Thompson, K. G.; Winchester, B. G. (1975). "Bovine mannosidosis--a model lysosomal storage disease". Birth Defects Original Article Series. 11 (6): 273–278. ISSN 0547-6844. PMID 100.
  8. ↑ Kim, Jun Hee; Pham, Thang Viet; Hwang, Jae Hun; Kim, Cheol Sang; Kim, Myung Jong (2018). "Boron nitride nanotubes: synthesis and applications". Nano Convergence. 5 (1): 17. doi:10.1186/s40580-018-0149-y. ISSN 2196-5404. PMC 6021457. PMID 30046512.
  9. ↑ «ScienceDaily. Retrieved». ۲۰۲۰-۰۳-۲۰.
  10. ↑ Mahajan, Amit; Kingon, Angus; Kukovecz, Ákos; Konya, Zoltan; Vilarinho, Paula M. (۲۰۱۳-۰۱-۰۱). «Materials Letters».
  11. ↑ Boron Nitride Nanotubes in Nanomedicine, Micro and Nano Technologies, William Andrew Publishing, pp. 41–58.
  12. ↑ Elsevier, Name (۲۰۲۰-۰۳-۲۰). «chemical-materials.elsevier.com».
  13. ↑ Cumings, J. (2000). "Mass-Production of Boron Nitride Double-Wall Nanotubes and Nanococoons". Chemical Physics Letters.
  14. ↑ Golberg, D. ; et al. (1996). "Nanotubes in Boron Nitride Laser Heated at High Pressure". Applied Physics Letters.
  15. ↑ Yu, D. P. ; et al. (1998). "Synthesis of Boron Nitride Nanotubes by Means of Excimer Laser Ablation at High Temperature". Applied Physics Letters.
  16. ↑ ۱۶٫۰ ۱۶٫۱ ۱۶٫۲ Chen, H. ؛ و دیگران (۲۰۰۸). «Applied Physics Letters» (PDF). بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۲۰ ژوئیه ۲۰۱۱. دریافت‌شده در ۲۵ ژانویه ۲۰۲۱.
  17. ↑ ۱۷٫۰ ۱۷٫۱ ۱۷٫۲ Kim, Keun Su; Jakubinek, Michael B. ; Martinez-Rubi, Yadienka; Ashrafi, Behnam; Guan, Jingwen; O'Neill, K. ; Plunkett, Mark; Hrdina, Amy; Lin, Shuqiong; Dénommée, Stéphane; Kingston, Christopher; Simard, Benoit (2015). "Polymer nanocomposites from free-standing, macroscopic boron nitride nanotube assemblies".
  18. ↑ Jasmina (۲۰۱۷-۰۳-۰۵). «Australian Manufacturing».
  19. ↑ Business News Australia (۲۰۲۰-۰۳-۲۲). «Business News Australia». بایگانی‌شده از اصلی در ۲۶ سپتامبر ۲۰۲۰. دریافت‌شده در ۲۵ ژانویه ۲۰۲۱.
  20. ↑ Smon, Bernadette (۲۰۲۰-۰۳-۲۳). «www.minister.industry.gov.au».
  21. ↑ Chen, Y. ; et al. (2008). "Au Doped BN Nanotubes with Tunable Conductivity". Nano.
  22. ↑ Lee, Chee Huei; Qin, Shengyong; Savaikar, Madhusudan A.; Wang, Jiesheng; Hao, Boyi; Zhang, Dongyan; Banyai, Douglas; Jaszczak, John A.; Clark, Kendal W. (2013-09-06). "Room-temperature tunneling behavior of boron nitride nanotubes functionalized with gold quantum dots". Advanced Materials (Deerfield Beach, Fla.). 25 (33): 4544–4548. doi:10.1002/adma.201301339. ISSN 1521-4095. PMID 23775671.
  23. ↑ Chen, H. ؛ و دیگران (۲۰۰۷). «Advanced Materials» (PDF). بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۲۰ ژوئیه ۲۰۱۱. دریافت‌شده در ۲۵ ژانویه ۲۰۲۱.
  24. ↑ Yu, J. ؛ و دیگران (۲۰۰۶). «Advanced Materials» (PDF). بایگانی‌شده از اصلی (PDF) در ۱۷ ژوئیه ۲۰۱۱. دریافت‌شده در ۲۵ ژانویه ۲۰۲۱.
  25. ↑ Ciofani, Gianni; Danti, Serena; Genchi, Giada Graziana; Mazzolai, Barbara; Mattoli, Virgilio (2013-05-27). "Boron nitride nanotubes: biocompatibility and potential spill-over in nanomedicine". Small (Weinheim an Der Bergstrasse, Germany). 9 (9–10): 1672–1685. doi:10.1002/smll.201201315. ISSN 1613-6829. PMID 23423826.
  26. ↑ Zhong, J; Dai, L.C (۲۰۱۲). «Technology in Cancer Research & Treatment».
  27. ↑ Yu, D. P. ; et al. (1998). "Synthesis of Boron Nitride Nanotubes by Means of Excimer Laser Ablation at High Temperature". Applied Physics Letters.
  28. ↑ Golberg, D. ; et al. (1996). "Nanotubes in Boron Nitride Laser Heated at High Pressure". Applied Physics Letters.
  29. ↑ Zhi, C. ; et al. (2005). "Effective Precursor for High Yield Synthesis of Pure BN Nanotubes". Solid State Communications.
  30. ↑ «Sigma-Aldrich». ۲۰۲۰-۰۳-۲۰.

https://en.wikipedia.org/wiki/Boron_nitride_nanotube

برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=نانو_لوله‌های_نیترید_بور&oldid=36574211»