Le nitrure de bore hexagonal est résistant, mais les scientifiques de l'Université Rice facilitent la compréhension.

h-BN bidimensionnel, un matériau isolant aussi appelé « graphène blanc, " est quatre fois plus rigide que l'acier et un excellent conducteur de chaleur, un avantage pour les composites qui en dépendent pour améliorer leurs propriétés.

Ces qualités rendent également le h-BN difficile à modifier. Son réseau hexagonal serré d'atomes de bore et d'azote alternés est très résistant au changement, contrairement au graphène et aux autres matériaux 2D qui peuvent être facilement modifiés, c'est-à-dire fonctionnalisés, avec d'autres éléments.

Le laboratoire Rice du chimiste Angel Martí a publié un protocole pour améliorer le h-BN avec des chaînes carbonées. Ceux-ci transforment le robuste 2-D en un matériau qui conserve sa résistance mais se prête mieux à la liaison avec des polymères ou d'autres matériaux dans les composites.

L'article du laboratoire dans l'American Chemical Society's Journal de chimie physique suggère que le h-BN peut également être rendu plus dispersible dans les solvants organiques. Martí et son équipe ont modifié le processus de réaction Billups-Birch qu'ils avaient utilisé avec succès pour modifier les nanotubes de nitrure de bore afin d'attaquer les défenses du h-BN et d'attacher les carbones de manière covalente.

Réduction de bouleau, découvert dans les années 1940 et amélioré en 2004 par le professeur émérite de chimie Rice Edward Billups pour fonctionnaliser des nanotubes de carbone, libère les électrons pour se lier à d'autres atomes. Dans le processus de riz, Martí et son équipe peuvent contrôler la quantité de fonctionnalisation du h-BN en faisant varier la quantité de lithium dans la réaction.

Le lithium est un métal alcalin qui libère des électrons libres lorsqu'il est combiné avec de l'ammoniac liquéfié. Mélangé avec des flocons de h-BN et une source de carbone, 1-Bromododécane dans ce cas, la réaction produit un radical alkyle, une espèce chimique qui réagit avec le h-BN et crée une liaison.

Martí a dit que c'était la meilleure méthode trouvée jusqu'à présent pour modifier le h-BN, qui résiste au changement même sous des températures élevées. "Tu prends un peu de graphite et tu le mets dans un four à 800 degrés (Celsius), et il sera parti, " dit-il. " Vous prenez du nitrure de bore hexagonal et faites de même, et il sera toujours là à vous sourire.

"Cela vous donne une idée de sa stabilité, et c'est le problème que nous voulions résoudre, " Martí a dit. "Le matériau est bon pour certaines applications, mais pour contrôler ses propriétés pour la fabrication, il faut greffer différents groupes sur la surface."

Il a déclaré qu'un rapport molaire de 20 à 1 entre le lithium et le h-BN optimisait le processus de greffage des chaînes carbonées à la surface et aux bords.

Parce que la base h-BN reste stable à haute température, il peut être ramené à son état primitif en brûlant simplement les chaînes fonctionnelles.

Alors que le h-BN est naturellement hydrophile (attirant l'eau), les carbones fonctionnels les rendent presque superhydrophobes (qui évitent l'eau), une bonne propriété pour faire des films de protection, dit Marti. Mais même amélioré, les flocons restent susceptibles d'être dispersés dans des solvants non polaires.

Martí a déclaré que son groupe explorait quels autres types de molécules peuvent être greffés sur du graphène blanc. « Qu'en est-il des groupes benzène ? Et des éthers ? Et des groupes qui le rendront compatible avec d'autres matériaux ?

"Il y a beaucoup d'intérêt pour la fabrication de matériaux composites entre h-BN, nanotubes et polymères de nitrure de bore, " dit-il. " En fin de compte, nous aimerions greffer différents groupes sur h-BN et construire une bibliothèque, une sorte de boîte à outils, de groupes fonctionnels qui peuvent être utilisés avec ces matériaux."