Небольшое количество мыла помогает упростить сложный процесс получения двумерного гексагонального нитрида бора (hBN), — пишет eurekalert.org со ссылкой на журнал Американского химического общества ACS Applied Nano Materials.

Химики из Университета Райса нашли способ получить максимальное количество качественных нанолистов 2D hBN из его естественной объемной формы путем обработки их поверхностно-активным веществом (также известным как мыло) и водой. Поверхностно-активное вещество окружает и стабилизирует микроскопические хлопья, сохраняя их свойства.

Эксперименты лаборатории химика Анхеля Марти определили «золотую середину» для создания стабильных дисперсий hBN, которые можно перерабатывать в очень тонкие антибактериальные пленки, выдерживающие температуру до 900 градусов Цельсия (1652 градуса по Фаренгейту).

Работа под руководством Марти и аспиранта Сесилии Мартинес-Хименес подробно описана в журнале Американского химического общества ACS Applied Nano Materials.

«Материалы из нитрида бора интересны, особенно потому, что они чрезвычайно устойчивы к нагреванию, — сказал Марти. — Они такие же легкие, как графен и углеродные нанотрубки, но вы можете поместить hBN в пламя, и с ним ничего не случится».

Он сказал, что объемный hBN дешев и его легко получить, но переработка его в микроскопические строительные блоки была проблемой. «Первый шаг — отшелушивать и рассеивать их, но исследования о том, как это сделать, разрознены, — сказал Марти. — Когда мы решили установить эталон, мы обнаружили, что процессы, которые были чрезвычайно полезны для графена и нанотрубок, не работают так же хорошо для нитрида бора».

Обработка объемного hBN ультразвуком в воде успешно расслаивает материал и делает его растворимым. «Это нас удивило, потому что нанотрубки или графен просто плавают сверху, — сказал Марти. — hBN разошлись повсюду, хотя и не были особенно стабильными. Оказалось, что границы кристаллов нитрида бора состоят из групп амина, оксида азота и борной кислоты, и все эти группы полярны (с положительным или отрицательным зарядом). Поэтому, когда вы их отшелушиваете, края заполняются этими функциональными группами, которые действительно похожи на воду. С графеном такого никогда не бывает».

Эксперименты с девятью поверхностно-активными веществами помогли им найти правильный тип и количество, чтобы предотвратить комкование 2D hBN, не разрезая отдельные хлопья во время обработки ультразвуком. Исследователи использовали 1% по весу каждого поверхностно-активного вещества в воде, добавили 20 миллиграммов сыпучего hBN, затем перемешали и обработали смесь ультразвуком.

Прядение полученных растворов с низкой и высокой скоростью показало, что наибольший выход дает поверхностно-активное вещество, известное как PF88, при 100-гравитационном центрифугировании, но самые качественные нанолисты получены из всех ионных поверхностно-активных веществ при центрифугировании 8000g, с наибольшей стабильностью при обычном ионном поверхностно-активные вещества SDS и CTAC.

DTAB — сокращение от додецилтриметиламмония бромида — при высоком центрифугировании оказался лучшим в балансе выхода и качества 2D hBN. Исследователи также создали прозрачную пленку из нанолистов hBN, диспергированных в SDS и воде, чтобы продемонстрировать, как их можно переработать в полезные продукты.

«Мы описываем шаги, которые необходимо предпринять для производства высококачественных хлопьев hBN, — сказал Марти. — Все шаги важны, и мы смогли выявить последствия каждого из них».