Мигание создает жесткий

Ученые Университета Райса, которые «мигают» материалами для синтеза таких веществ, как графен, обратили свое внимание на нитрид бора, высоко ценимый за его термическую и химическую стабильность.

Процесс, проведенный химиком Джеймсом Туром в лаборатории Райса, подвергает предшественник быстрому нагреву и охлаждению для получения двумерных материалов, в данном случае чистого нитрида бора и нитрида углерода бора. И то и другое до сих пор было трудно создать в больших количествах и почти невозможно произвести в легкорастворимой форме.

В отчете лаборатории в Advanced Materials подробно описано, как импульсный джоулевый нагрев, метод, представленный лабораторией Тура в 2020 году, можно настроить для приготовления очищенных микроскопических чешуек нитрида бора с разной степенью углерода.

Эксперименты с материалом показали, что чешуйки нитрида бора можно использовать в составе мощного антикоррозионного покрытия.

«Нитрид бора — очень востребованный 2D-материал», — сказал Тур. «Возможность производить его в больших количествах, а теперь и со смешанным количеством углерода, делает его еще более универсальным».

На наноуровне нитрид бора существует в нескольких формах, включая гексагональную конфигурацию, которая выглядит как графен, но с чередующимися атомами бора и азота вместо углерода. Нитрид бора мягок, поэтому его часто используют в качестве смазки и добавки к косметике, а также он содержится в керамике и соединениях металлов для улучшения их способности выдерживать высокие температуры.

Инженер-химик Райса Майкл Вонг недавно сообщил, что нитрид бора является эффективным катализатором, помогающим уничтожить ПФАС, опасное «вечное химическое вещество», обнаруженное в окружающей среде и в организме человека.

Нагрев джоулевым импульсом включает в себя размещение исходных материалов между двумя электродами в трубке и подачу через них быстрого электрического разряда. В случае графена материалами могут быть практически все, что содержит углерод, пищевые отходы и использованные пластиковые детали автомобилей — вот лишь два примера. Этот процесс также позволил успешно выделить редкоземельные элементы из золы угля и другого сырья.

В экспериментах, проведенных аспирантом Райса Вэйинь Ченом, лаборатория подавала аммиачный боран (BH3NH3) в испарительную камеру с различным количеством технического углерода, в зависимости от желаемого продукта. Затем образец дважды просветляли: сначала напряжением 200 В для дегазации образца от посторонних элементов, а затем снова напряжением 150 В для завершения процесса, при этом общее время просвечивания составило менее секунды.

Снимки, полученные под микроскопом, показали, что чешуйки являются турбостратными, то есть смещенными, как плохо сложенные пластины, с ослабленным взаимодействием между ними. Благодаря этому хлопья легко отделяются.

Они также легко растворимы, что привело к экспериментам по борьбе с коррозией. В лаборатории смешали нитрид бора с поливиниловым спиртом (ПВА), нанесли смесь на медную пленку и подвергли поверхность электрохимическому окислению в ванне с серной кислотой.

Флагированный состав оказался более чем на 92% лучше защищает медь, чем один ПВС или аналогичный состав с коммерческим гексагональным нитридом бора. Микроскопические изображения показали, что соединение создает «извилистые пути диффузии для агрессивных электролитов», чтобы достичь меди, а также предотвращает миграцию ионов металлов.

Чен сказал, что проводимость прекурсора можно регулировать не только добавлением углерода, но также железа или вольфрама.

Он сказал, что лаборатория видит потенциал для использования дополнительных материалов. «Прекурсоры, которые использовались в других методах, таких как гидротермальное и химическое осаждение из паровой фазы, можно опробовать в нашем флэш-методе, чтобы посмотреть, сможем ли мы получить больше продуктов с метастабильными свойствами», — сказал Чен. «Мы продемонстрировали мигание метастабильных фаз карбидов металлов и дихалькогенидов переходных металлов, и эта часть заслуживает дополнительных исследований».

Соавторами исследования являются выпускники Rice Джон Тианчи Ли, Вала Алгозиб, Пол Адвинкула, Эмили МакХью и Дуй Сюань Луонг, аспиранты Чанг Гэ, Чжэ Юань, Цзиньхан Чен, Кексин Лин, Чи Хун Чой, Кевин Висс и Чжэ Ван. ученый-исследователь Гуаньхуэй Гао и Имо Хан, доцент кафедры материаловедения и наноинженерии. Тур является заведующим кафедрой химии TT и WF Chao, а также профессором информатики, материаловедения и наноинженерии в Университете Райса.