Une équipe de l'Université Rice dirigée par les professeurs Matteo Pasquali et Angel Martí a simplifié la manipulation des nanotubes de grande valeur pour les rendre plus adaptés aux applications à grande échelle, notamment l'aérospatiale, l'électronique et les matériaux économes en énergie.

Les chercheurs ont rapporté dans Nature Communications que les nanotubes de nitrure de bore, alias BNNT, s'assemblent en cristaux liquides dans les bonnes conditions, principalement des concentrations supérieures à 170 parties par million en poids dans l'acide chlorosulfonique.

Ces cristaux liquides sont constitués de BNNT alignés qui sont beaucoup plus faciles à traiter que les nanotubes enchevêtrés qui se forment généralement en solution. Le laboratoire a procédé à la formation de fibres et de films à partir des solutions cristallines liquides.

"Les fibres BNNT sont attrayantes pour la fabrication d'une variété de produits, avec des applications allant des appareils portables aux véhicules aérospatiaux", a déclaré Martí, dont le laboratoire a conçu des solutions et aidé à caractériser les fibres produites dans le laboratoire de Pasquali.

Les nanotubes de nitrure de bore ressemblent aux nanotubes de carbone, mais avec une alternance d'atomes de bore et d'azote au lieu de carbone dans leurs réseaux hexagonaux. Les deux types de nanotubes sont solides, mais contrairement aux nanotubes de carbone électriquement conducteurs, les BNNT sont de bons isolants électriques et sont thermiquement et chimiquement stables dans l'air jusqu'à 900 degrés Celsius (1 652 degrés Fahrenheit).

Pour former des cristaux liquides, les chercheurs devaient s'assurer que leurs nanotubes étaient exempts de contaminants. Malheureusement, ces contaminants étaient principalement des morceaux de nitrure de bore qui menaçaient de gommer les travaux.

"Les premiers échantillons de BNNT contenaient de nombreuses structures de nitrure de bore non nanotubes", a déclaré Cedric Ginestra, étudiant diplômé et auteur principal. "Ils étaient soit chimiquement liés aux BNNT, soit simplement physiquement adhérents d'une manière qui empêchait les BNNT de se disperser dans l'acide et de s'aligner à des concentrations plus élevées.

"Il est difficile de séparer ces allotropes de nitrure de bore des BNNT, et même difficile de mesurer leur concentration", a-t-il déclaré. "Tous les différents types de nitrure de bore semblent identiques par pratiquement toutes les techniques quantitatives que nous avons essayées jusqu'à présent."

Travailler avec leur fournisseur pour optimiser leur processus de purification de BNNT pour la formation de solutions cristallines liquides et utiliser un processus de purification développé dans le laboratoire Pasquali les a aidés à obtenir de meilleurs lots de BNNT, a-t-il déclaré. Une fois le matériau approprié produit, le groupe Pasquali a été amorcé pour adapter rapidement ses techniques de filature humide pour les fibres de nanotubes de carbone afin de fabriquer les premiers fils de nitrure de bore avec le procédé.

"Il y a des rapports d'autres personnes prenant des bouffées solides de BNNT et les étirant et les tordant pour en faire un fil, mais c'est très différent de notre processus", a déclaré Ginestra. "Notre objectif était de fabriquer une fibre très fortement alignée car les propriétés sont meilleures sur toute la longueur des nanotubes."

Les cristaux liquides sont le précurseur idéal pour les fibres car les nanotubes à l'intérieur sont déjà alignés, a-t-il déclaré. L'alignement BNNT dans les cristaux liquides a été identifié au microscope par leur biréfringence, un phénomène par lequel les cristaux divisent la lumière, comme un prisme, même s'ils semblent clairs.

Les films ont également montré comment le traitement de la solution BNNT peut adopter des méthodes développées pour les nanotubes de carbone, a déclaré Ginestra. De tels films minces transparents pourraient être utiles dans l'électronique de nouvelle génération. "Les propriétés du film et des fibres de BNNT s'amélioreront à mesure que le matériau et notre compréhension de la solution cristalline liquide s'amélioreront", a-t-il déclaré.

Martí a noté que les films BNNT seraient utiles comme filtres pour la lumière ultraviolette, les revêtements antisalissures et pour la protection contre la corrosion. + Explorer plus loin

Les nanotubes exotiques se déplacent de manière moins mystérieuse