Nieuwe methode helpt bij het exfoliëren van hexagonale boornitride nanosheets

Chinese onderzoekers rapporteerden onlangs een innovatief mechanisch proces voor het controleerbaar exfoliëren van hexagonale boornitride-nanobladen (h-BNNS’s). Deze methode, bekend als het “door waterijs veroorzaakte exfoliatieproces”, werd voorgesteld door de groep van prof. Zhang Junyan van het Lanzhou Institute of Chemical Natuurkunde (LICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS).

h-BNNS’s, met een honingraatachtige structuur vergelijkbaar met grafeen, vertonen uitstekende chemische en fysische eigenschappen, zoals hoge thermische geleidbaarheid, goede weerstand tegen oxidatie, opmerkelijke mechanische sterkte, een lage diëlektrische constante, uitstekende smering, uitstekende biocompatibiliteit en optische eigenschappen .

Gezien deze kenmerken zijn h-BNNS’s veelbelovende materialen voor verschillende toepassingen, waaronder hoogwaardige elektronische apparaten, diëlektrische substraten, thermisch beheer, smering, sensoren, katalysatoren en sorptiemiddelen. Als gevolg hiervan is het dringend nodig om een ​​eenvoudige, beheersbare en schaalbare methode te ontwikkelen om h-BNNS’s van hoge kwaliteit voor commerciële toepassingen te produceren.

In hun nieuwe onderzoek stelden ZHANG en zijn team een ​​schaalbare en controleerbare benadering voor om h-BNNS’s van hoge kwaliteit uit h-BN-vlokken te exfoliëren.

“Deze methode is gebaseerd op een efficiënte vermindering van h-BNNS-tussenlaaginteractie door snelle volume-expansie van water in ijsvorming”, zei Zhang.

Over het algemeen kunnen h-BNNS’s worden bereid met behulp van een proces van chemische dampafzetting (CVD) en fysieke afschilfering. CVD kan monolaag-h-BNNS’s op wafelschaal produceren, terwijl het fysieke exfoliatieproces schaalbare productie van kleine h-BNNS’s kan bereiken.

Op basis van moleculaire dynamische simulaties suggereerden de onderzoekers dat -OH-groepen lokale structurele vervorming kunnen veroorzaken in de defecten/randen van h-BN-vlokken om een ​​”ingang” te vormen voor watermoleculen die in de h-BNNS-tussenlaag komen. Dit levert op zijn beurt een voldoende aantal relatief langlevende waterstofbruggen op die redelijk compacte initiële kernen voor ijskiemvorming kunnen genereren.

De aanvankelijke kernen veranderen dan langzaam van vorm en grootte totdat ze een stadium bereiken dat snelle expansie mogelijk maakt als de temperatuur sterk daalt. Dit resulteert in een toename van de tussenlaagafstand en vermindering van tussenlaagkrachten tussen aangrenzende h-BNNS-lagen, evenals efficiënte afschilfering van h-BNNS’s tijdens daaropvolgende ultrasone trillingen.

“Door de parameters aan te passen, kan dit exfoliatieproces worden gebruikt om grote hoeveelheden verschillende h-BNNS’s van hoge kwaliteit te produceren”, zegt Dr. An Lulu, eerste auteur van het onderzoek.

“Deze methode biedt een milieuvriendelijke methode om h-BNNS’s met regelbare dikte te exfoliëren door een snel waterbevriezing en daaropvolgende ultrasone trillingen. Deze zoals verkregen h-BNNS’s kunnen worden gebruikt als polymeeradditieven, warmtegeleidende vulstoffen en vlamvertragers,” zei Prof. Yu Yuanlie, corresponderende auteur van de studie.

Deze studie is gepubliceerd in Celrapporten Fysische Wetenschap.