氮化硼纳米管有望替代碳纳米管制造高强度材料



氮化硼纳米管有望替代碳纳米管制造高强度材料

众所周知，碳纳米管与轻质聚合物结合可制造轻质量、高强度材料，广泛用于航空航天、交通运输、体育器材等领域。近日，科学家证实，由氮化硼构成的纳米管，与碳纳米管相比，单位强度更胜一筹。相关成果已刊载至著名期刊Applied Physics Letters。

纽约州立大学宾汉姆顿大学ChanghongKe教授与其同事们设计了一个新颖的实验，来测试纳米管与聚合物的结合强度。将氮化硼纳米管夹在两层聚合物中间，留出一部分氮化硼纳米管裸露在外；挑选一些与聚合物垂直的氮化硼纳米管并将之与悬臂焊接；对悬臂施拉力直至纳米管与聚合物分离。

图为聚合物和氮化硼纳米管（BNNT）结合强度测试。图左为实验模型，拉力悬臂和纳米管以焊接法相连；图右为实际操作图像。（图片来源：ChanghongKe教授，纽约州立大学宾汉姆顿大学。）

实验结果显示，分离纳米管所需的拉力在最初时随着纳米管长度的增加而增加，稍后趋于平稳。他们所用的两种聚合物（环氧基树脂和聚甲基丙烯酸甲酯）与氮化硼纳米管之间的结合力分别比这两种聚合物与碳纳米管之间的结合力高35%和25%。研究人员解释，这是由分子中电子排布差异造成的。碳纳米管中，碳原子核的带电量全部相同，原子间共享的电子数也相同。而在氮化硼纳米管中，氮原子核中质子数比硼原子核质子数多，在结合键中独占的电子也更多。由于电荷的非均匀分布，氮化硼和聚合物间便产生了更为强大的结合力。

不仅如此，氮化硼纳米管在高温下更为稳定，对中子辐射的吸收性更强，这些属性在外太空极端环境下尤具优势。此外，氮化硼纳米管还具有压电性，其在拉伸时可以产生电荷。该性质可用于能源采集、传感以及驱动等领域。

（编译：李星悦，审校：赵博）

编译自：ScienceDaily, 22 December 2015. ＜www.sciencedaily. com/releases/2015/12/151222113608.htm＞.