氮化硼納米管有望替代碳納米管制造高強(qiáng)度材料

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氮化硼納米管有望替代碳納米管制造高強(qiáng)度材料

眾所周知，碳納米管與輕質(zhì)聚合物結(jié)合可制造輕質(zhì)量、高強(qiáng)度材料，廣泛用于航空航天、交通運(yùn)輸、體育器材等領(lǐng)域。近日，科學(xué)家證實(shí)，由氮化硼構(gòu)成的納米管，與碳納米管相比，單位強(qiáng)度更勝一籌。相關(guān)成果已刊載至著名期刊Applied Physics Letters。

紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)ChanghongKe教授與其同事們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)新穎的實(shí)驗(yàn)，來測(cè)試納米管與聚合物的結(jié)合強(qiáng)度。將氮化硼納米管夾在兩層聚合物中間，留出一部分氮化硼納米管裸露在外；挑選一些與聚合物垂直的氮化硼納米管并將之與懸臂焊接；對(duì)懸臂施拉力直至納米管與聚合物分離。

圖為聚合物和氮化硼納米管（BNNT）結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試。圖左為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，拉力懸臂和納米管以焊接法相連；圖右為實(shí)際操作圖像。（圖片來源：ChanghongKe教授，紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)。）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，分離納米管所需的拉力在最初時(shí)隨著納米管長度的增加而增加，稍后趨于平穩(wěn)。他們所用的兩種聚合物（環(huán)氧基樹脂和聚甲基丙烯酸甲酯）與氮化硼納米管之間的結(jié)合力分別比這兩種聚合物與碳納米管之間的結(jié)合力高35%和25%。研究人員解釋，這是由分子中電子排布差異造成的。碳納米管中，碳原子核的帶電量全部相同，原子間共享的電子數(shù)也相同。而在氮化硼納米管中，氮原子核中質(zhì)子數(shù)比硼原子核質(zhì)子數(shù)多，在結(jié)合鍵中獨(dú)占的電子也更多。由于電荷的非均勻分布，氮化硼和聚合物間便產(chǎn)生了更為強(qiáng)大的結(jié)合力。

不僅如此，氮化硼納米管在高溫下更為穩(wěn)定，對(duì)中子輻射的吸收性更強(qiáng)，這些屬性在外太空極端環(huán)境下尤具優(yōu)勢(shì)。此外，氮化硼納米管還具有壓電性，其在拉伸時(shí)可以產(chǎn)生電荷。該性質(zhì)可用于能源采集、傳感以及驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。

（編譯：李星悅，審校：趙博）

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