碳化硼纳米管复合材料性能比凯芙拉强韧30倍

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聚合物增强氮化硼纳米管已被证明比碳纳米管复合材料更强。碳纳米管本身估计至少比凯芙拉强30倍——一个由杜邦公司合成的专业防弹纤维。

碳化硼纳米管复合材料性能比凯芙拉强韧30倍

氮化硼的不均匀分布电子使得纳米管与聚合物强烈结合,形成力学上强的复合材料© Shutterstock

像碳一样，氮化硼可形成单原子厚度层，进而可以卷成圆筒创建纳米管。虽然氮化硼纳米管自身的强度基本上可以媲美碳纳米管的强度,但它们在复合材料中真正的优势是可以与其他聚合物强有力地结合。

位于宾翰顿的纽约州立大学的Changhong Ke和他的同事们用纳米机械测试来探测氮化硼纳米管和聚合物的界面强度。他们发现结合强度比报道的碳纳米管复合材料高——高出聚(甲基丙烯酸甲酯)界面35%和高出环氧树脂界面大约20%。

研究人员表明,因为材料的电子排布，氮化硼纳米管结合聚合物更强。在碳纳米管中,碳原子平等提供电子。而在氮化硼中，氮原子俘获更多的电子。正是这种不平等的电荷分布在氮化硼和聚合物分子之间似乎创建一个更强的吸引力。Changhong Ke的研究团队及佐治亚大学的研究人员模拟演示了该过程的分子动力学。

然而,成本是氮化硼纳米管的主要缺点。他们售价约为1000美元每克(￡675),而碳纳米管成本在每克10美元和20美元之间。

Changhong Ke解释道氮化硼纳米管这么贵的主要原因是由于产量仍然较低。他指出,由于弯曲的圆柱几何形状，氮化硼纳米管合成非常困难，研究人员一直在努力探究高产高效的生产方法,特别是可以扩大到大规模生产。

他说,19世纪90年代和20世纪早期碳纳米管的价格和比现在高出一个数量级,这表明氮化硼纳米管的价格将继续下降。

Changhong Ke等将氮化硼纳米管描述为多功能材料。它们具有光性能、优良的机械和热导性质,并能经受高温。氮化硼纳米管是惰性,能吸收中子辐射。这些属性使他们成为聚合物、陶瓷和金属复合材料的机械或热强化的有效添加剂。氮化硼纳米管额外的应用包括作为防护盾,电绝缘体和传感器。

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