如何通过化学途径规模化生产坚固的氮化硼纳米管？

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本文目录一览：

• 1、如何通过化学途径规模化生产坚固的氮化硼纳米管？
• 2、纳米孪晶立方氮化硼，石墨烯，气凝胶，碳纳米管,哪个最好
• 3、氮化硼纳米管性质

如何通过化学途径规模化生产坚固的氮化硼纳米管？

迈向坚固纳米管的革命性路径：开启工业制造新篇章

科学家们在通往坚固氮化硼纳米管 (BNNT) 的化学探索上取得了重要突破，这有可能引领大规模工业生产，革新从宇航服到装甲车辆的多个领域应用。BNNT，仅比头发直径细数千倍，却比钢更坚韧且不可燃，其卓越的辐射防护性能和支撑力使其成为理想的选择。

美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室的研究团队，由PPPL物理学家 Igor Kaganovich 领导，他们提出了一个创新的化学路线，通过等离子体射流将分子氮和硼小簇结合，形成BNNT的前体。这项研究融合了等离子体物理与量子化学的力量，是实验室研究领域的一次重大飞跃，Kaganovich将其形容为“将实验室推向新前沿”的开创性工作。

共同作者尤里·巴尔苏科夫，来自彼得大帝圣彼得堡理工大学，揭示了关键步骤：在冷却的等离子体射流中，分子氮和硼小簇通过化学反应融合。借助德雷塞尔大学实习生 Omesh Dwivedi 和研究生 Sierra Jubin 的量子化学模拟，这一化学反应路径得以详细设计和优化。

跨学科团队的合作也至关重要，包括前PPPL研究员Alexander Khrabry的热力学代码开发和 Stephane Ethier的软件支持，他们的贡献使得整个合成过程得以精准模拟。

Kaganovich 解读说，小硼簇与氮分子的互动是形成BNNT的关键，这揭示了氮化硼分子如何从混合物中生成。这个发现开启了解开BNNT生产谜团的新篇章，尽管碳纳米管的产量巨大，但BNNT的生产挑战仍然存在，主要受限于小硼簇在高温合成过程中的稀有密度。

BNNT的合成路径包括射流蒸发硼、硼凝结成液滴、液滴形成小簇，再到氮与小簇硼反应生成链，最后链通过碰撞和折叠形成前体。然而，大规模生产的关键在于控制小硼簇的形成和稳定。

“我们已经找到了途径，”Kaganovich强调，“但下一步是将模型预测与实验结果相比较，这将推动我们的研究进入下一个阶段。”这一跨学科团队的合作，无疑为BNNT纳米材料的工业生产开辟了新的可能性，预示着未来在各种工业应用中，如航天服、装甲车辆，乃至更广泛的领域，BNNT将展现出其非凡的价值。 起点排行榜

纳米孪晶立方氮化硼，石墨烯，气凝胶，碳纳米管,哪个最好

对于氮化硼和气凝胶不是很了解，但是氮化硼这种材料貌似应该是脆性比较大，气凝胶的话真心不知道，石墨烯的话目前功能材料方面应用比较多，但是力学性能不好，碳纳米管的力学特性和功能特性都不错。就目前来看，作为力学性能方面应该碳纳米管比石墨烯要强，作为功能材料来看，两者各有优势，都在电磁、热材料等方面有很好的前景。
具体参数的话，别的我不了解哈，但就石墨烯和碳纳米管而言，你问的很多参数是不能这么衡量的，因为对单片石墨烯或者是单根碳纳米管来说，很多性能现在是很难测的，也是没什么意义的。一般对于单片石墨烯和单根碳管，常提的也就是强度和模量，我这边看到过的数据：石墨烯（由纳米压痕试验得出，Small ，2011，7（14），1876-1902的那篇综述文章间接引用数据）模量1.0TPa；单根单壁碳管（Advanced Materials,2012,24,1805-1833的这篇综述文章引用的数据），模量1.0TPa；强度50GPa。

氮化硼纳米管性质

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氮化硼纳米管（BNNTs）展现出卓越的机械性质，其杨氏模量约为1.18TPa，是块状h-BN平面杨氏模量的14倍，为已知绝缘纤维材料中最高。实验结果与理论计算相符。然而，实验证明，单根多壁BNNTs在经过原位折弯实验后的杨氏模量比理论值低了0.5~0.6TPa，这可能是由于多壁BNNTs存在多边截断面形貌所致。BNNTs的弹性性质表明，它们能够在多次严重变形后恢复原有完美形貌，这使得BNNTs可以用于制造刀具、模具、纳米尺度的电子器件、高强度纤维材料等。

BNNTs的热学性质同样值得关注。许多计算方法如束缚模型、密度泛函理论和电子云模型等被用来研究BNNTs的热学性质。理论表明，BNNTs的声子传播方式与CNTs相似，理论热导率与CNTs相近。实验证明，BNNTs的热导率约为350WmK-1，且依赖于B同位素的无序状态，室温下热导率可增加50%，这是已知材料中热导率增加最大的。BNNTs表面非均匀加载重金属分子后，产生了非对称轴热传导性能，这使得BNNTs有可能在纳米级量热器、微电子处理器、冰箱以及节能建筑等领域具有巨大的发展潜力。

BNNTs的另一个重要热学性质是其优异的高温抗氧化性。BNNTs在1500℃制备的高纯多壁BNNTs在1100℃左右仍能保持稳定性，而CVD法制备的CNTs在500℃时已经开始氧化。BNNTs与CNTs相比，具有更优异的热化学稳定性质，能够在高温和化学活性的恶劣环境中使用，适合作为纳米管基设备的完美组成部分，如平板显示器的场发射器件、扫描隧道电子显微镜(STM)和原子力扫描电子显微镜(AFM)顶端发射部分。

在电学性质方面，BNNTs与CNTs结构相似但性质不同。理论计算表明，BNNTs的带隙宽度约为5.5eV，呈现出半导体性质，而CNTs的带隙宽度会随着纳米管直径和手性发生变化，表现出从金属到半导体的性质。由于BNNTs的较宽禁带宽度，将其作为场效应晶体管的传导渠道，结果表明BNNTs只允许通过价带运输。掺杂碳后，BNNTs的电学性质得到了显著改善，实验表明，C掺杂的多壁BNNTs管束的场发射电流高达约2.5μA，与单独的CNTs产生的场发射电流非常接近，且具有更加稳定的耐高温和化学稳定性质，为平板显示器、STM和AFM的顶端发射部分的应用开辟了新的可能性。

在磁学性质方面，BNNTs在纯的石墨类纳米体系中表现出较弱的磁性。在锯齿型单层BNNTs中，发现了自旋极化现象，具有孔的锯齿型BNNTs显示有磁性。BNNTs包裹过渡金属氧化物如Fe3O4颗粒或过渡金属如Ni、Fe，表现出较弱的超顺磁性，可用于磁制冷机。此外，BNNTs的其他物理化学性质还包括较大的润湿接触角、与CNTs和未处理石墨纤维相媲美的总表面张力、强烈的二阶非线性光学行为等。这些性质使得BNNTs在光学和光电应用领域具有广阔前景，普遍被认为是紫外光应用中的理想光学器件。高压拉曼光谱显示BNNTs具有结构破坏特性，同位素浓缩以及BNNTs表面铁蛋白的固定性质，展现出潜在的医疗和纳米生物材料应用价值。

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