Процесс испарения коллоидного раствора стабилизированных наночастиц нитрида бора

Цель. Характеризация химической структуры наночастиц нитрида бора по ИК-спектроскопии в процессе испарения их коллоидной системы и их размеров методом малоуглового рентгеновского рассеяния.

Методы. Процесс испарения растворителей из коллоидной системы изучался на ИК-Фурье-спектрометре Nicolet iS 50 в среднем ИК-диапазоне (400–4000 см^-1) с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения с алмазным кристаллом (угол падения 45^о) и жидкостной ячейкой (200 мкл).

Размеры коллоидных частиц определялись на дифрактометре малоуглового рентгеновского рассеяния в режиме линейной коллимации (разрешение 0,03 нм^–1, рентгеновская трубка с медным антикатодом 2,2 кВт, λ = 0,154 нм, время экспозиции 30 с).

Результаты. Измерен ИК-спектр порошка наночастиц нитрида бора, который содержит линии, характерные для кубической (952 см^-1) c-BN и гексагональных кристаллических (758, 1301 и 1372 см^-1) h-BN фаз. Средние размеры наночастиц нитрида бора в коллоидной системе после ультразвуковой обработки составили по данным малоуглового рентгеновского рассеяния 46 и 84 нм при размерах стеариновой кислоты, выступающей в качестве стабилизирующей оболочки 0,8, 1,3 и 2,5 нм. Анализ ИК-спектров подтвердил полное испарение растворителей (гексана и хлороформа) из капли коллоидной системы толщиной 1,2 мм в течение 30 минут.

Заключение. В работе определены средние размеры стабилизированных стеариновой кислотой наночастиц нитрида бора в коллоидной системе и изучен процесс ее испарения. 

1. Naclerio A. E., Kidambi P. R. A review of scalable hexagonal boron nitride (h‐BN) synthesis for present and future applications // Advanced Materials. 2023. Vol. 35, no. 6. P. 2207374. https://doi.org/10.1002/adma.202207374

2. Hexagonal boron nitride for next‐generation photonics and electronics / S. Moon, J. Kim, J. Park, S. Im, J. Kim, I. Hwang [et al.] // Advanced Materials. 2023. Vol. 35, no. 4. P. 2204161. https://doi.org/10.1002/adma.202204161

3. Advanced nano boron nitride architectures: Synthesis, properties and emerging applications / R. Y. Tay, H. Li, H. Wang, J. Lin, Z. K. Ng, R. Shivakumar [et al.] // Nano Today. 2023. Vol. 53. P. 102011. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2023.102011

4. Improved thermal conductivity of polymer composites by noncovalent modification of boron nitride via tannic acid chemistry / L. Yu, S. Gao, D. Yang, Q. Wei, L. Zhang // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2021. Vol. 60, no. 34. P. 12570–12578. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c02217

5. Challenges and solutions in surface engineering and assembly of boron nitride nanosheets / Z. Liu, A. D. Foroushani, D. Li, S. Mateti, J. Liu, F. Yan [et al.] // Materials Today. 2021. Vol. 44. P. 194–210. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.11.020

6. Glycine functionalized boron nitride nanosheets with improved dispersibility and enhanced interaction with matrix for thermal composites / X. Tian, N. Wu, B. Zhang, Y. Wang, Z. Geng, Y. Li // Chemical Engineering Journal. 2021. Vol. 408. P. 127360. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.127360

7. Highly-dispersed carboxymethyl cellulose and polyvinylpyrrolidone functionalized boron nitride for enhanced thermal conductivity and hydrophilicity / H. Li, W. Yang, N. Wu, L. Sun, P. Shen, X. Wang [et al.] // Applied Surface Science. 2023. Vol. 617. P. 156485. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.156485

8. Functionalized boron–nitride nanotubes: First-principles calculations / C. Aguiar, M. Camps, N. Dattani, I. Camps // Applied Surface Science. 2023. Vol. 611. P. 155358. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155358

9. Functionalized hexagonal boron nitride nanoplatelets for advanced cementitious nanocomposites / P. A. Danoglidis, C. M. Thomas, M. E. Maglogianni, M. C. Hersam, M. S. Konsta-Gdoutos // Cement and Concrete Composites. 2023. Vol. 141. P. 105127. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.105127

10. Boron nitride colloidal solutions, ultralight aerogels and freestanding membranes through one-step exfoliation and functionalization / W. Lei, V. N Mochalin, D. Liu, S. Qin, Y. Gogotsi, Y. I. Chen // Nature communications. 2015. Vol. 6, no. 1. P. 8849-1-6. https://doi.org/10.1038/ncomms9849.

11. Eco-friendly and scalable strategy to design electrically insulating boron nitride/polymer composites with high through-plane thermal conductivity / W. Jang, S. Lee, N. R. Kim, H. Koo, J. Yu, C.-M. Yang // Composites Part B: Engineering. 2023. Vol. 248. P. 110355. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110355

12. Mazhar H., Adamson D. H., Al-Harthi M. A. Differently oxidized portions of functionalized hexagonal boron nitride // Materials Chemistry and Physics. 2023. Vol. 308. P. 128243. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2023.128243

13. Cubic and hexagonal boron nitride phases and phase boundaries / A. Biswas, G. A. Alvarez, M. Tripathi, J. Lee, T. S. Pieshkov, C. Li [et al.] // Journal of Materials Chemistry C. 2024. Vol. 12, no. 9. P. 3053–3062. https://doi.org/10.1039/D4TC00039K

14. Review on various techniques for the development of thin film boron nitride coating on metal surfaces / M. Singh, H. Singh, Y. Sharma, M. Singh // AIP Conference Proceedings. 2024. Vol. 2986, no. 1. https://doi.org/10.1063/5.0192656

15. Оптические свойства и зонная структура ленгмюровских пленок нитрида бора / И. В. Локтионова, А. П. Кузьменко, А. И. Жакин, В. М. Емельянов, А. С. Сизов, А. П. Абакумов [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 105–116. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-2-105-116

16. Lasalle B. S. I., Pandian M. S., Ramasamy P. Molecular interactions studies on chloroform in the environment of o-cresol: FTIR spectroscopy and quantum chemical calculations // Brazilian Journal of Physics. 2023 Vol. 53, no. 4. P. 97. https://doi.org/10.1007/s13538-023-01309-6

17. Hydroisomerization of n-Hexane using acidified metal–organic framework and platinum nanoparticles / K. Sabyrov, J. Jiang, O. M. Yaghi, G. A. Somorjai // Journal of the American Chemical Society. 2017. Vol. 139, no. 36. P. 12382–12385. https://doi.org/10.1021/jacs.7b06629

18. Reaction mechanism of stearic acid pyrolysis via reactive molecular dynamics simulation and TG-IR technology / Y. Zhang, C. Zhang, W. Li, Q. Xiao, F. Jiao, S. Xu [et al.] // Renewable Energy. 2023. Vol. 217. P. 119115. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.119115

19. Effects of surface modification with stearic acid on the dispersion of some inorganic fillers in PE matrix / T. T. Nguyen, V. K. Nguyen, H. Pham, T. T. Pham, N. T. Duc // Journal of Composites Science. 2021. Vol. 5, no. 10. P. 270. https://doi.org/10.3390/jcs5100270

20. Effect of the stearic acid-modified TiO2 on PLA nanocomposites: Morphological and thermal properties at the microscopic scale / A. Deghiche, N. Haddaoui, A. Zerriouh, F. S. Eddine, D. Cavallo, A. Erto [et al.] // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9, no. 6. P. 106541. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106541