氮化硼增强材料比碳纳米管强度更高

      碳纳米管的强度就像是一个传奇：有人估计其强度比可以挡住子弹的芳纶还要高30倍。当碳纳米管和质轻的聚合物材料（例如塑料和环氧树脂等）相混合时，这些小小的纳米管也会进一步增强这些材料的强度，就像混凝土中的钢筋一样，从而可以制造出可用于很多领域的质轻且强度很高的材料，这些领域包括飞机、飞船、汽车甚至是运动装备。正当这样的碳纳米管——高分子纳米复合材料吸引了众多材料研究领域的目光时，一些科学家发现了一种不同的由氮化硼材料制成的纳米管具有更高的强度，该研究发表在《journal Applied Physics Letters》杂志上。

      氮化硼和碳一样，可以形成单原子层薄片，将其卷曲之后便可形成纳米管。氮化硼纳米管自身的强度和碳纳米管相当，但是其真正的优势来自于当其和高分子材料结合时，它可以牢牢粘在聚合物材料上。“这些复合材料中连接最薄弱的环节就是聚合物材料和纳米管之间的连接。”纽约州立大学宾汉姆顿分校机械工程系副教授ChanghongKe说。

      纳米管——高分子材料强度测试

      Ke及其同事提出了一种新型方法来测试纳米管——聚合物连接点的强度。他们将氮化硼纳米管置于两层高分子材料之间，并且让部分纳米管粘在高分子材料上。他们选择了那些直接粘在高分子材料上的纳米管，然后将纳米管焊接到微小的悬臂梁的尖端。然后该团队在横梁上施加力，不断拉扯纳米管，知道纳米管与聚合物材料相互分离。研究人员发现一开始，施加的力与纳米管的长度成正比，随着纳米管长度的增加，力也增加，但是之后便趋于稳定。这意味着纳米管与高分子材料之间的连接发生断裂。研究人员测试了两种形式的高分子材料：环氧树脂和有机玻璃，或者PMMA。他们发现环氧树脂——氮化硼纳米管界面比PMMA——氮化硼纳米管界面强度要更高。他们也发现两种高分子——氮化硼纳米管材料的强度都比碳纳米管的强度要高，PMMA界面要高30%左右，而环氧树脂则要高20%左右。

      氮化硼纳米管的优势

      Ke说，氮化硼纳米管纳米管材料和高分子材料的结合看起来具有更高的强度，这是由分子中电子的排布决定的。在碳纳米管中，所有的碳原子都具有相同的电荷，因此原子之间的电子是相等的。在氮化硼中，氮原子具有更多的质子，因此在成键中具有更多的电子。这种非均等的电荷分布导致了氮化硼和高分子材料之间更强的相互作用。

      和碳纳米管相比，氮化硼纳米管还具有其他优点。他们具有更好的高温稳定性，能更好地吸收中子辐射，在极端环境中也具有这样的优点。除此之外，氮化硼纳米管是压电式的，这意味着在拉伸情况下会产生一个电子。这意味着这种材料可用于生产能量和传感等领域。氮化硼纳米管材料的主要缺点是成本。目前其售价大约为1000美元每克，而碳纳米管材料的成本只有10-20美元每克。但是Ke对于氮化硼纳米管的未来却非常乐观，认为其价格肯定会下降，相似地，碳纳米管刚推出时成本也非常高昂。“我认为氮化硼纳米管是航空领域制作高分子材料的未来。”