Um grupo internacional de pesquisadores organizou nanofolhas 2D de nitreto de boro, o "grafeno branco", em membranas com um nível significativo de condutividade e estabilidade química e térmica de até 90 ° C.

Alcançar uma taxa aprimorada de fluxo de íons através de canais e membranas porosas é importante para uma gama de aplicações, como armazenamento de energia e dessalinização de água, mas é um desafio.

A colaboração de pesquisadores da Deakin University e ANSTO na Austrália, a Sorbonne na França e a Drexel University nos EUA, acaba de publicar o estudo no The Jornal da American Chemical Society .

Nanofolhas de nitreto de boro são geralmente hidrofílicas e a equipe usou uma compreensão das interações das nanofolhas em solução durante um processo de filtração para permitir que as nanofolhas se automontem na estrutura especial em solução aquosa.

Chris Garvey, cientista do instrumento ANSTO, e Guang Wang, ganhador do Prêmio AINSE de Pesquisa de Pós-Graduação da Deakin University, usou espalhamento de raios X de baixo ângulo (SAXS) no Síncrotron australiano como uma ferramenta estrutural para sondar o material e caracterizar os canais nanofluídicos em uma membrana de nitreto de boro totalmente hidratada e seca.

"A interação das nanopartículas em solução permitiu que as nanofolhas se automontassem em um material com uma estrutura interessante como um filme fino com condutividade aprimorada, "explicou Garvey.

"Conforme você remove a água durante o processo de fabricação / filtração, as partículas se aproximam e as interações entre as partículas tornam-se importantes no processo de automontagem e na estrutura final, "disse Garvey.

As nanofolhas de nitreto de boro empilhadas de maneira bem alinhada e formaram uma estrutura de membrana lamelar.

Milhares de canais iônicos em forma de fenda paralela formados em uma orientação particular na membrana que agia como um conduto nanofluídico.

"Em contraste com um microscópio eletrônico, com SAXS você pode olhar dentro de um material e ver como ele é montado, podemos ver o que acontece quando você coloca água e sal em um compartimento nanométrico, "disse Garvey.

As medições no Síncrotron Australiano na linha de luz SAXS permitiram determinar o espaçamento médio entre as camadas.

"O feixe de raios-X, que tem cerca de 200-300 mícrons de diâmetro, é bem adequado para analisar muitas nanocamadas, dando uma perspectiva estatística sobre a estrutura, "disse Garvey.

As medições SAXS perpendiculares à viga indicaram uma falta de ordem estrutural ao longo da direção lateral da membrana, que também havia sido relatado para nanofolhas de óxido de grafeno.

A perspectiva estrutural geral sugeria que os íons estavam sendo excluídos dos espaços internos dos canais na membrana.

A medição paralela à membrana de nitreto de boro permitiu-lhes determinar que as moléculas de água e os íons permaneceram nos canais intra-camada.

A maneira como os íons passam pelos canais fluídicos em nanoescala é significativamente diferente da maneira como os íons passam pela massa.

Os autores concluíram que uma carga superficial negativa na interface entre a parede do canal e o eletrólito desempenha um papel importante no transporte de íons.

Garvey disse que a física dos processos de filtração não era bem compreendida, com maior compreensão tendo relevância para muitas aplicações, como a montagem desses materiais, mas também incluindo o comportamento dos solos argilosos.

Membranas de nitreto de boro podem ser um substituto atraente e promissor para os atuais nanomateriais 2D sujeitos a condições adversas.