Ist Bornitrid der neue Kohlenstoff? Eine Vision, ausgerichtet

Hexagonales Bornitrid hat wie Graphen eine molekulare Struktur, die einem Hühnerdraht ähnelt. Bei Graphen besteht diese Hühnerdrahtkonfiguration vollständig aus Kohlenstoffatomen, die in einem sich wiederholenden Muster aus Sechsecken angeordnet sind. Bei hBN bestehen die Sechsecke aus abwechselnden Bor- und Stickstoffatomen. In den letzten Jahren haben Forscher herausgefunden, dass zweidimensionale hBN-Schichten außergewöhnliche Eigenschaften in Bezug auf Festigkeit, Steifigkeit und Elastizität bei hohen Temperaturen aufweisen. Wenn hBN-Blätter in Nanoröhrenform gerollt werden, werden diese Eigenschaften noch weiter verbessert, insbesondere wenn die Nanoröhren ausgerichtet sind, wie winzige Bäume in einem dicht gepackten Wald.

Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, Wege zur Synthese stabiler, qualitativ hochwertiger BNNTs zu finden. Einige wenige diesbezügliche Versuche führten zu minderwertigen, nicht ausgerichteten Fasern.

„Wenn Sie sie ausrichten können, haben Sie viel bessere Chancen, die Eigenschaften von BNNTs im großen Maßstab zu nutzen, um tatsächliche physikalische Geräte, Verbundstoffe und Membranen herzustellen“, sagt Wardle.

Im Jahr 2020 fanden Rong Xiang und Kollegen von der Universität Tokio heraus, dass sie hochwertige Bornitrid-Nanoröhren herstellen konnten, indem sie zunächst einen konventionellen Ansatz der chemischen Gasphasenabscheidung nutzten, um einen Wald aus kurzen, wenige Mikrometer langen Kohlenstoff-Nanoröhren wachsen zu lassen. Anschließend beschichteten sie den kohlenstoffbasierten Wald mit „Vorläufern“ aus Bor- und Stickstoffgas, die beim Backen in einem Ofen bei hohen Temperaturen auf den Kohlenstoffnanoröhren kristallisierten und hochwertige Nanoröhren aus hexagonalem Bornitrid mit Kohlenstoffnanoröhren im Inneren bildeten.