A bór-nitrides szuperműanyagból repülőgép is készülhet

A nanocsöveket más anyagokkal vegyítő technológia annak köszönheti terjedését, hogy az így nyert kompozitok pillekönnyűek, egyúttal rendkívül erősek. Egy új kutatás a szénnél is erősebb anyagot tesztelt.

Harmincszor erősebb, mint a kevlár

Amikor könnyűsúlyú polimerhez, műanyaghoz vagy epoxigyantához vegyítik a mikroszkopikus méretű széncsöveket,

azok úgy szilárdítják meg a keveréket, mint acélszálak az előre gyártott betonelemeket.

Egyes becslések szerint az ilyen kompozitanyagok a golyóálló mellényekben alkalmazott kevlárnál harmincszor erősebbek.

Amerikai katonák felszerelése, golyóálló kevlár mellény Forrás: AFP/Joel Saget

Szakítószilárdságuk 75-ször nagyobb az acélénál, ugyanakkor sűrűségük csak hatoda a fémnek. Ám a New York Egyetem kutatói a NASA Langley Kutatóközpontjának szakembereivel arra találtak bizonyítékot, hogy a szénnél sokkal kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkezik a bór-nitrid,

sokkal erősebb kompozitot lehet vele előállítani.

Eredményeiket az Applied Physics Letters szakfolyóiratban tették közzé.

Először a kötés erősségét kell tesztelni

Akárcsak a szénből, a bór-nitridből is lehetséges egyetlen atom vastagságú lapokat, majd azokat föltekerve mikronméretű csövecskéket készíteni. Önmagukban a bór-nitrid csövecskék leheletnyivel gyengébbek a szén csövecskéknél, ám kompozitban megmutatkozik az erejük: a szénatomoknál sokkal erősebben kötődnek a polimermolekulákhoz.

A nanotechnológiának elképzelhetetlenül sok alkalmazási területe lehetséges Forrás: Young Duck Kim/Columbia Engineering

"A nanokompozitok erőssége azon múlik, hogyan rögzül egymáshoz a nanocső és a polimer anyag", mondta a kutatást vezető Changhong Ke, a New York Egyetem mérnök-professzora.

Ezt eddig egyszerű töréspróbával vizsgálták meg:

ha törés felülete tiszta volt, azaz a nanocsövekhez nem tapadtak mikroszkopikus polimerszilánkok, akkor a kötésük gyenge volt.

Az atommag körül az elektronok felhőt alkotnak Forrás: Wikimedia Commons

Ke professzor és kollégái új vizsgálati módszert fejlesztettek ki, két vékony réteg polimer közé rögzítettek bór-nitrid nanocsöveket, amelyek közül némelyik kilógott a "szendvicsből". Ezeket a csövecskéket hozzáhegesztették egy konzolhoz, és elkezdték húzni: kiderült, hogy a bór-nitrides nanocsövek kiszakításához 35 százalékkal nagyobb energia kell, mint a szén nanocsövekből álló hasonló „szendvics” esetén.

Mit tud a bór-nitrid, amit a szén nem?

A különlegeses erős kapcsolódás nyitja az elektronokban van. A szén nanocső egyforma atomokból áll, minden szénatomban azonos számú pozitív proton és negatív elektron van, ettől a nanocső töltése semleges. Bór-nitrid esetén azonban a nitrogénatomban kettővel több proton van, mint a bóratomban, ezért több elektront képes lekötni.

Az új szuperműanyagnak az űrkutatás lehet a legígéretesebb felhasználási területe Forrás: MTI/EPA/NASA/-

Ennek köszönhető a bór-nitrid és a polimer erősebb kapcsolódása. A szén nanocsövekhez képest a bór-nitrid nanocsöveknek más előnyük is van: stabilabbak nagy hőmérsékleten is, és jobban elnyelik a neutronsugárzást -- mindkét tulajdonság előnyös űrbéli környezetben. Ráadásul a bór-nitrid nanocsövek piezoelektromosak, azaz nyújtás hatására elektromosságot gerjesztenek. Az új anyag tehát számos területen bevethető: méréstechnikában, kapcsolókban, energiatárolás során.

Egyetlen hátránya az, hogy drága

Egyetlen hátránya az ára: a szén nanocső grammja 10-20 dollár, a bór-nitridé pedig 1000 dollár. A kutatók bizakodók ezzel kapcsolatban, hiszen felfedezése idején a szén nanocsőnek is hasonlóan magas volt az ára.

Viszonylag gyorsan lenyomhatja a költségeket a bór-nitrid elterjedése:

nemcsak űrhajók, hanem repülőgépek és autók karosszériaelemeihez is felhasználhatnák a különlegesen strapabíró bór-nitrides szuperműanyagot.

Akár repülőgép is építhető lesz az új szupererős műanyagból Forrás: AFP/Indranil Mukherjee

Illetve, ahogy már megszokhattuk, az űrkutatás számára fejlesztett anyagok előbb-utóbb megjelennek a hétköznapi fogyasztási cikkekben. Hogy csak egy példát mondjunk, a bór-nitrides polimerből az átlagosnál nagyobb húrfeszességet elviselő teniszütő is készülhetne. Ha érdekli a nanotechnológia, itt egy érdekes cikk a szén-nanocsövek különleges tulajdonságairól.