Los nanotubos de nitruro de boro (BNNT) son un polimorfo del nitruro de boro . Fueron pronosticados en 1994 [2] y descubiertos experimentalmente en 1995. [3] Estructuralmente son similares a los nanotubos de carbono , que son cilindros con diámetros submicrométricos y longitudes micrométricas, excepto que los átomos de carbono se sustituyen alternativamente por átomos de nitrógeno y boro. Sin embargo, las propiedades de los nanotubos BN son muy diferentes: mientras que los nanotubos de carbono pueden ser metálicos o semiconductores según la dirección y el radio de rodadura, un nanotubo BN es un aislante eléctrico con una banda prohibida de ~ 5,5 eV, básicamente independiente de la quiralidad y morfología del tubo. [4]Además, una estructura BN en capas es mucho más estable térmica y químicamente que una estructura de carbono grafítico. [5] [6] Los BNNT tienen propiedades físicas y químicas únicas, en comparación con los nanotubos de carbono (CNT) que proporcionan una amplia gama de aplicaciones comerciales y científicas. [7] Aunque los BNNT y los CNT comparten propiedades similares de resistencia a la tracción de aproximadamente 100 veces más fuertes que el acero y 50 veces más fuertes que la fibra de carbono de grado industrial, [8] [9] Los BNNT pueden soportar altas temperaturas de hasta 900 ° C. [10] a diferencia de los NTC que permanecen estables hasta temperaturas de 400 ° C, [11] y también son capaces de absorber radiación. [12] BNNTS se embalan con características fisicoquímicas que incluyen alta hidrofobicidad y considerable capacidad de almacenamiento de hidrógeno y que están siendo investigados por posibles aplicaciones médicas y biomédicas, incluyendo el suministro de genes, la administración de fármacos, la terapia de captura de neutrones, y más generalmente como biomateriales [7] BNNTs están también superior a los CNT en la forma en que se adhieren a los polímeros dando lugar a muchas aplicaciones nuevas y materiales compuestos [12]
Síntesis y producción
Todas las técnicas bien establecidas de crecimiento de nanotubos de carbono, como la descarga por arco, [3] [14] ablación con láser [15] [16] y la deposición química de vapor, [17] se utilizan para la producción en masa de nanotubos de BN a decenas de escala de gramos. [13] Los nanotubos BN también se pueden producir mediante molienda de bolas de boro amorfo, mezclado con un catalizador (polvo de hierro), bajo una atmósfera de NH 3 . El recocido posterior a ~ 1100 ° C en flujo de nitrógeno transforma la mayor parte del producto en BN. [18] [19] Un método de alta temperatura y alta presión también es adecuado para la síntesis de nanotubos BN. [20] La ruta de producción de BNNT ha sido un problema importante debido al bajo rendimiento y la mala calidad en comparación con CNT, lo que limita sus usos prácticos. Sin embargo, se han logrado muchos grandes éxitos en la síntesis de BNNT en los últimos años, lo que permite el acceso a este material y allana el camino para el desarrollo de aplicaciones prometedoras [9] Recientemente, la Universidad de Deakin Australia ha realizado un avance significativo con un sistema 'novedoso y escalable' El proceso de fabricación permitirá la producción de BNNT en grandes cantidades por primera vez desde que el material se descubrió por primera vez hace dos décadas. [21] La entidad australiana de ASX que cotiza en bolsa, PPK Group (ASX: PPK), firmó un acuerdo de empresa conjunta con Deakin en noviembre de 2018 para formar BNNT Technology Limited, con el objetivo de fabricar nanotubos de nitruro de boro (BNNT) sobre una base comercial. [22] Esta colaboración está respaldada con inversiones del gobierno australiano en BNNT Technology Limited [23] y puede aumentar significativamente el suministro mundial de BNNT desbloqueando una nueva gama de aplicaciones, materiales, compuestos y tecnologías.
Propiedades y aplicaciones potenciales
Las propiedades eléctricas y de emisión de campo de los nanotubos BN se pueden ajustar dopando con átomos de oro mediante la pulverización catódica de oro en los nanotubos. [18] [24] El dopaje de átomos de europio de tierras raras convierte un nanotubo BN en un material de fósforo que emite luz visible bajo excitación electrónica. [19] Los puntos cuánticos formados a partir de partículas de oro de 3 nm espaciadas a través de los nanotubos exhiben las propiedades de los transistores de efecto de campo a temperatura ambiente. [25]
Al igual que las fibras BN, los nanotubos de nitruro de boro son prometedores para aplicaciones aeroespaciales donde la integración del boro y, en particular, el isótopo ligero de boro ( 10 B) en materiales estructurales mejora tanto su resistencia como sus propiedades de protección contra la radiación; la mejora se debe a una fuerte absorción de neutrones por 10 B. Dichos materiales de 10 BN tienen un valor teórico particular como materiales estructurales compuestos en futuras naves espaciales interplanetarias tripuladas, donde se espera que el blindaje de absorción de los neutrones de espalación de rayos cósmicos sea un activo particular en la construcción ligera materiales. [26]
Las investigaciones toxicológicas sobre BNNT realizadas en la década de 2010 parecen mostrar que la mayor inercia química de los nanotubos BN favorece la biocompatibilidad. Como resultado, se sugirió su uso en el campo biomédico tanto como nanoportadores como nanotransductores . [27]
Los nanotubos BN también han mostrado potencial en ciertos tratamientos contra el cáncer. [28] [ aclaración necesaria ]
La alta rigidez y la excelente estabilidad química hacen que los BNNT sean el material ideal para el refuerzo en polímeros, cerámicas y metales. Por ejemplo, los compuestos de epoxi / BNNT a base de papel bucky y los compuestos de papel bucky modificado con poliuretano se han desarrollado con éxito. 1,16 Estos materiales compuestos exhiben módulos de Young más del doble del valor del epoxi puro y 20 veces el valor del papel bucky sin impregnar. Los BNNT también son una de las clases de material más prometedoras para reforzar estructuras a base de aluminio. 17 La baja reactividad de los BNNT facilita la integración de este material en una matriz de aluminio donde los CNT fallan debido a la reacción entre el carbono y el aluminio que forma la fase Al 4 C 3 no deseada en la interfase. Los BNNT también exhiben una temperatura de oxidación mucho más alta (~ 950 ° C) que el punto de fusión del aluminio (660 ° C), lo que permite la dispersión homogénea de los BNNT directamente en la masa fundida de aluminio. Dado que los BNNT conservan sus propiedades mecánicas a altas temperaturas y al mismo tiempo tienen una densidad muy baja, es posible desarrollar un nuevo MMC ligero resistente a la temperatura. Los BNNT también exhiben una buena conductividad térmica. Esto los hace útiles para aplicaciones en nanoelectrónica donde la disipación de calor es crítica. Esto también hace que los BNNT sean multifuncionales, ya que no solo mejora la rigidez de los compuestos, sino que también produce una alta conductividad térmica junto con una alta transparencia. La combinación de alta rigidez y alta transparencia ya se explota en el desarrollo de compuestos de vidrio reforzados con BNNT. 18 Otras propiedades intrínsecas de los BNNT, como la buena capacidad de protección contra la radiación, 19 la alta resistencia eléctrica y las excelentes propiedades piezoeléctricas probablemente fomenten el interés por integrarlos en nuevas aplicaciones. [29]
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