Двумерный h-BN, изолирующий материал, также известный как «белый графен», в четыре раза жестче стали и отлично проводит тепло, что является преимуществом для композитов, которые используют его для улучшения своих свойств.
Эти качества также затрудняют изменение h-BN.
Его плотная гексагональная решетка из чередующихся атомов бора и азота очень устойчива к изменениям, в отличие от графена и других 2D-материалов, которые можно легко модифицировать – или функционализировать – другими элементами.
Рисовая лаборатория химика Ангела Марти опубликовала протокол по увеличению h-BN с помощью углеродных цепей.
Они превращают двухмерного крутого парня в материал, который сохраняет свою прочность, но более поддается склеиванию с полимерами или другими материалами в композитах.
В статье лаборатории, опубликованной в Журнале физической химии Американского химического общества, предполагается, что h-BN можно сделать более диспергируемым в органических растворителях. Марти и его команда модифицировали процесс реакции Биллапса-Берча, который они успешно использовали, чтобы изменить нанотрубки нитрида бора, чтобы атаковать защиту h-BN и ковалентно присоединять атомы углерода.
Сокращение березы, открытое в 1940-х годах и усовершенствованное в 2004 году почетным профессором химии Райсом Эдвардом Биллапсом для функционализации углеродных нанотрубок, освобождает электроны для связывания с другими атомами. В процессе Райса Марти и его команда могут контролировать количество функционализации h-BN, варьируя количество лития в реакции.
Литий – щелочной металл, который выделяет свободные электроны в сочетании со сжиженным аммиаком.
В смеси с хлопьями h-BN и источником углерода, в данном случае 1-бромододеканом, в реакции образуется алкильный радикал, химическое соединение, которое реагирует с h-BN и образует связь.
Марти сказал, что это лучший метод модификации h-BN, который был найден на сегодняшний день, который сопротивляется изменениям даже при высоких температурах. «Вы возьмете немного графита и поместите его в печь при 800 градусах (Цельсия), и он исчезнет», – сказал он. "Вы берете гексагональный нитрид бора и делаете то же самое, и он все равно будет там улыбаться вам.
«Это дает вам представление о том, насколько он стабилен, и это проблема, которую мы хотели решить», – сказал Марти. «Материал хорош для определенных применений, но чтобы контролировать его свойства для производства, вам нужно привить различные группы на поверхность."
Он сказал, что молярное отношение лития к h-BN 20: 1 оптимизирует процесс прививки углеродных цепей к поверхности и краям.
Поскольку базовый h-BN остается стабильным при высоких температурах, его можно вернуть в исходное состояние путем простого сжигания функциональных цепей.
В то время как h-BN является от природы гидрофильным (притягивающим воду), функциональные атомы углерода делают его почти супергидрофобным (избегающим воды), что является хорошим свойством для создания защитных пленок, сказал Марти. Но даже при усилении хлопья остаются поддающимися диспергированию в неполярных растворителях.
Марти сказал, что его группа изучает, какие другие виды молекул можно привить на белый графен. "А как насчет бензольных групп? А как насчет эфиров?
А как насчет групп, которые сделают его совместимым с другими материалами??
«Существует большой интерес к созданию композитных материалов из h-BN, нанотрубок нитрида бора и полимеров», – сказал он. «В конечном итоге мы хотели бы привить различные группы к h-BN и создать библиотеку, своего рода набор инструментов, функциональных групп, которые можно использовать с этими материалами."