أنابيب البورون نيتريد النانوية: الخصائص والإنتاج والتطبيقات

الوصف

أنابيب بورون نيتريد النيتريد النانوية عبارة عن أنابيب صغيرة مصنوعة من ذرات البورون والنيتروجين مرتبة في نمط سداسي. ويشبه هيكلها هيكل الأنابيب النانوية الكربونية ولكنها تتصرف بشكل مختلف تماماً. وهي معروفة بمقاومتها العالية لدرجات الحرارة المرتفعة واستقرارها الكيميائي وقوتها الميكانيكية الممتازة. وهذه الخصائص تجعلها مرشحة قوية لمختلف التطبيقات الصناعية المتقدمة.

إنتاج أنابيب نانو نيتريد البورون النانوية

هناك العديد من الطرق المستخدمة لإنتاج أنابيب نيتريد البورون النانوية في المختبرات والبيئات الصناعية. إحدى الطرق الشائعة هي ترسيب البخار الكيميائي. تستخدم هذه الطريقة مفاعلات ذات درجة حرارة عالية حيث يتم إدخال غازات تحتوي على البورون والنيتروجين. وتحت درجة حرارة وضغط مضبوطين، تشكل هذه الغازات أنابيب صغيرة جداً. وهناك طريقة أخرى هي تقنية الطحن الكروي. وهنا، يتم طحن مصادر البورون والنيتروجين معًا عند مستويات طاقة عالية لتكوين أنابيب نانوية. كما تمت تجربة طريقة الاستئصال بالليزر بنجاح. وفي هذه الحالة، يُستخدم شعاع ليزر لتبخير هدف غني بالبورون والنيتروجين في بيئة محكومة.

ويتطلب إنتاج الأنابيب النانوية من نيتريد البورون نيتريد التحكم الدقيق في درجة الحرارة والضغط ومعدلات تدفق الغاز. وقد تصل درجات الحرارة إلى أكثر من 900 درجة مئوية أثناء الترسيب الكيميائي للبخار. وتتطلب بعض الطرق وجود محفزات لتوجيه تشكيل الأنابيب، في حين أن بعض الطرق الأخرى خالية من المحفزات. ويجب مراقبة كل خطوة في الإنتاج عن كثب لضمان أن يكون المنتج النهائي بالحجم والنقاء المناسبين. وقد ساعدت التحسينات في تقنيات الإنتاج على خفض التكاليف وزيادة العائد بمرور الوقت.

خصائص أنابيب نانو نيتريد البورون النانوية

تتميز أنابيب بورون نيتريد النيتريد النانوية بالعديد من الخصائص الفريدة. يمكنها تحمل درجات حرارة أعلى من 900 درجة مئوية دون أن تفقد قوتها. وفي العديد من الحالات، تم اختبارها في درجات حرارة تصل إلى 1,000 درجة مئوية. وهي خفيفة للغاية وقوية في نفس الوقت. كما أن قوتها وصلابتها الميكانيكية العالية تجعلها مناسبة للتقوية في المواد المركبة.

ميزة أخرى لهذه الأنابيب النانوية هي مقاومتها الكيميائية. فهي لا تتفاعل بسهولة مع المواد الكيميائية العدوانية. وهذا يعطيها ميزة في الظروف البيئية القاسية. وعلى عكس الأنابيب النانوية الكربونية، لا تقوم الأنابيب النانوية المصنوعة من نيتريد البورون بتوصيل الكهرباء. وهذا يجعلها مفيدة كعوازل كهربائية. وقد أظهرت العديد من التجارب أن مقاومتها يمكن أن تكون أعلى بكثير من مقاومة المواد القائمة على الكربون. كما أنها تتمتع بموصلية حرارية عالية. وهذا يعني أنها يمكن أن تساعد في نقل الحرارة بعيداً في التطبيقات الإلكترونية.

مزيد من القراءة: دليل نيتريد البورون: الخصائص والبنية والتطبيقات

تطبيقات أنابيب نانو نيتريد البورون النانوية

تُستخدم أنابيب نيتريد البورون النانوية في العديد من المجالات. ففي صناعات الطيران والدفاع، تساعد في صناعة مواد خفيفة الوزن يمكنها تحمل درجات حرارة عالية جداً. وتضاف إلى الدهانات والطلاءات المركبة لتحسين مقاومة الحرارة والقوة. وفي الأجهزة الإلكترونية، تساعد خصائصها العازلة في منع التسرب الكهربائي. وتستخدمها بعض المواد المركبة المتقدمة كمرحلة تقوية. ويسمح ثباتها الحراري العالي باستخدامها في البيئات القاسية أو في المناطق المعرضة للطاقة العالية، كما هو الحال في المفاعلات النووية.

كما تم النظر في التطبيقات الطبية. فقد تناولت الدراسات عن كثب استخدام أنابيب نانو نيتريد البورون النانوية في تقنيات توصيل الأدوية والتصوير. وفي بعض الحالات، تم تضمينها في حاملات أدوية ذكية بسبب ثباتها الكيميائي وطبيعتها غير السامة. وقد اختبرت بعض المشاريع البحثية هذه الأنابيب في الأنظمة البيولوجية.

مقارنة بين الأنابيب النانوية المصنوعة من نيتريد البورون والأنابيب النانوية الكربونية

عند المقارنة مع الأنابيب النانوية الكربونية، تُظهر أنابيب نانو نيتريد البورون اختلافات ملحوظة. تشتهر الأنابيب النانوية الكربونية بتوصيلها الكهربائي الممتاز. وهذا يعني أنها تستطيع حمل التيار الكهربائي بشكل أفضل. وعلى النقيض من ذلك، تعمل أنابيب نانو نيتريد البورون كعوازل كهربائية، وهو ما يمكن أن يكون مفيدًا للغاية لأغراض مختلفة. وتتميز أنابيب نانو نيتريد البورون النانوية أيضًا بميزة عند العمل في المواقف التي تتطلب ثباتًا في درجات الحرارة العالية. وفي حين أن الأنابيب النانوية الكربونية قد تتأكسد أو تحترق في درجات الحرارة المرتفعة، تظل الأنابيب النانوية المصنوعة من نيتريد البورون مستقرة. ومع ذلك، يشترك كلا النوعين من الأنابيب النانوية في القوة الميكانيكية الممتازة والقدرة على تحسين المواد المركبة.

الخاتمة

تعدأنابيب نانو نيتريد البورون النانوية بمجموعة واسعة من التطبيقات. وقدرتها على تحمل درجات الحرارة المرتفعة والمواد الكيميائية القاسية، إلى جانب الخصائص الميكانيكية المتقدمة، تميزها عن غيرها. فهي تعمل بشكل جيد كعوازل في الإلكترونيات وتضيف قوة للمركبات. وهي بديل جاد للأنابيب النانوية الكربونية عند الحاجة إلى درجة حرارة عالية وثبات.

الأسئلة المتداولة

س: مم تتكون أنابيب نانو نيتريد البورون النانوية؟
س: تتكون من البورون والنيتروجين مرتبة في شبكة سداسية.

س: هل أنابيب نيتريد البورون النانوية موصلة للكهرباء؟
س: لا، فهي عازلة للكهرباء في معظم الظروف.

س: كيف تُستخدم أنابيب نانو نيتريد البورون النانوية في المركبات؟
س: يتم إضافتها لتقوية المواد، مما يحسّن القوة ومقاومة الحرارة.

المرجع:

1. Bansal , N. P., Hurst, J. B., & Choi, S. R. (2006). مركبات الزجاج المقوى بأنابيب نيتريد البورون النانوية. المؤتمر والمعرض الدولي الثلاثون للسيراميك والمركبات المتقدمة، 22-27 يناير، شاطئ الكاكاو، فلوريدا.

2. Lahiri , D., Singh, V., Li, L. H., Xing, T., Seal, S., Chen, Y., & Agarwal, A. (2012). نظرة ثاقبة في التفاعلات والتفاعل بين أنابيب نيتريد البورون النانوية والألومنيوم. مجلة بحوث المواد، 27(21 )، 2760-2770. https://doi.org/10 .1557/jmr.2012.294. https://doi.org/10 .1557/jmr.2012.294

3. Thibeault , S. A., Fay, C. C., Earle, K. D., Lowther, S. E., Sauti, G., Kang, J. H., Park, C., & McMullen, A. M. (2014). مواد التدريع الإشعاعي التي تحتوي على الهيدروجين والبورون والنيتروجين. NASA Technical Memorandum, January 31, 2014.