Juste un peu de savon aide à nettoyer le processus difficile de préparation du nitrure de bore hexagonal (hBN) bidimensionnel.

Les chimistes de l'Université Rice ont trouvé un moyen d'obtenir la quantité maximale de nanofeuilles hBN 2-D de qualité à partir de sa forme en vrac naturelle en les traitant avec un tensioactif (alias savon) et de l'eau. Le tensioactif entoure et stabilise les flocons microscopiques, préserver leurs propriétés.

Les expériences du laboratoire du chimiste de Rice Angel Martí ont identifié le "sweet spot" pour faire des dispersions stables de hBN, qui peuvent être transformés en films antibactériens très minces qui supportent des températures jusqu'à 900 degrés Celsius (1, 652 degrés Fahrenheit).

Le travail dirigé par Martí, l'ancienne élève Ashleigh Smith McWilliams et l'étudiante diplômée Cecilia Martínez-Jiménez sont détaillées dans le journal de l'American Chemical Society ACS nanomatériaux appliqués .

« Les matériaux en nitrure de bore sont intéressants, notamment parce qu'ils sont extrêmement résistants à la chaleur, " a déclaré Martí. "Ils sont aussi légers que le graphène et les nanotubes de carbone, mais vous pouvez mettre du hBN dans une flamme et rien ne lui arrive."

Il a dit que le hBN en vrac est bon marché et facile à obtenir, mais le transformer en blocs de construction microscopiques a été un défi. "La première étape est de pouvoir les exfolier et les disperser, mais la recherche sur la façon de le faire a été dispersée, " a déclaré Martí. "Lorsque nous avons décidé d'établir une référence, nous avons découvert que les processus qui ont été extrêmement utiles pour le graphène et les nanotubes ne fonctionnent pas aussi bien pour le nitrure de bore. »

La sonication de hBN en vrac dans l'eau a exfolié avec succès le matériau et l'a rendu soluble. "Cela nous a surpris, parce que les nanotubes ou le graphène flottent juste au-dessus, " dit Martí. " Le hBN s'est dispersé partout, même s'ils n'étaient pas particulièrement stables.

"Il s'est avéré que les frontières des cristaux de nitrure de bore sont constituées de groupes amine et oxyde nitrique et d'acide borique, et tous ces groupes sont polaires (avec charge positive ou négative), " dit-il. " Alors quand vous les exfoliez, les bords sont pleins de ces groupes fonctionnels qui aiment vraiment l'eau. Cela n'arrive jamais avec le graphène."

Des expériences avec neuf tensioactifs les ont aidés à trouver le bon type et la bonne quantité pour empêcher l'hBN 2-D de s'agglomérer sans trop couper les flocons individuels pendant la sonication. Les chercheurs ont utilisé 1% en poids de chaque tensioactif dans l'eau, ajouté 20 milligrammes de hBN en vrac, puis agité et soniqué le mélange.

Le filage des solutions résultantes à des vitesses faibles et élevées a montré que le rendement le plus élevé était obtenu avec le tensioactif connu sous le nom de PF88 sous centrifugation en gravité 100, mais les nanofeuilles de la plus haute qualité provenaient de tous les tensioactifs ioniques de moins de 8 ans, 000 g de centrifugation, avec la plus grande stabilité des tensioactifs ioniques courants SDS et CTAC.

Le DTAB - abréviation de bromure de dodécyltriméthylammonium - sous une centrifugation élevée s'est avéré le meilleur pour équilibrer le rendement et la qualité du 2-D hBN. Les chercheurs ont également produit un film transparent à partir de nanofeuillets de hBN dispersés dans du SDS et de l'eau pour montrer comment ils peuvent être transformés en produits utiles.

"Nous décrivons les étapes que vous devez suivre pour produire des flocons de hBN de haute qualité, " dit Martí. " Toutes les étapes sont importantes, et nous avons pu mettre en lumière les conséquences de chacun."