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科學家們已經確定了一種創新的絕緣納米材料的化學途徑，它可以導致大規模的工業生產，用于各種用途，包括宇航服和軍用車輛。這種納米材料比人的頭發還要細幾千倍，比鋼鐵還要堅固，而且不可燃，可以阻擋宇航員的輻射，并有助于加固軍用車輛的裝甲。
美國能源部（DOE）普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）的合作研究人員提出了一種逐步獲得這種納米材料前體的化學途徑，稱為氮化硼納米管（BNNT），這可能導致其大規模生產。
"開創性的工作"
這一突破將等離子體物理學和量子化學結合起來，是PPPL研究擴展的一部分。PPPL物理學家Igor Kaganovich說："這是一項開創性的工作，將實驗室帶入了新的方向。"他是BNNT項目的主要研究人員，也是《納米技術》雜志上詳細介紹該結果的論文的共同作者。
彼得大帝圣彼得堡理工大學的主要作者Yuri Barsukov說，合作者將關鍵的化學途徑步驟確定為分子氮和硼的小團塊的形成，隨著等離子體噴射產生的溫度冷卻，它們可以一起發生化學反應。他在德雷塞爾大學的PPPL實習生Omesh Dwivedi和普林斯頓等離子體物理項目的研究生Sierra Jubin的協助下，通過進行量子化學模擬開發了化學反應途徑。
這個跨學科團隊包括Alexander Khrabry（前PPPL研究員，現就職于勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，開發了本研究中使用的熱力學代碼）和PPPL物理學家Stephane Ethier（幫助學生編譯軟件并建立模擬）。
卡加諾維奇說，這些結果解決了分子氮的謎團，它在雙原子或雙原子分子中具有第二強的化學鍵，但卻能通過與硼的反應而破裂，形成各種氮化硼分子。我們花了相當多的時間來思考如何從硼和氮的混合物中獲得硼-氮化物，我們發現，相對于大得多的硼滴，小的硼簇很容易與氮氣分子相互作用。這就是為什么我們需要一位量子化學家和我們一起進行詳細的量子化學計算。
BNNTs具有類似于碳納米管的特性，碳納米管是按噸生產的，在從體育用品和運動服到牙科植入物和電極的所有東西中都可以找到。但生產BNNTs的難度較大，限制了其應用和供應。
化學途徑
形成BNNT前體的化學途徑的證明可以促進BNNT的生產。當科學家們使用10000度的等離子體噴射器將硼和氮氣變成由嵌入背景氣體中的自由電子和原子核或離子組成的等離子體時，BNNT的合成過程開始了。這顯示了這個過程是如何展開的：
射流蒸發了硼，而分子氮基本上保持不變。
隨著等離子體的冷卻，硼凝結成液滴。
當溫度下降到幾千度時，液滴形成小團塊。
關鍵的下一步是氮與硼分子的小團塊反應，形成硼氮鏈。
這些鏈通過相互碰撞變長，并折疊成氮化硼納米管的前體。
Barsukov說："在高溫合成過程中，小硼簇的密度很低，這是大規模生產的主要障礙。"
這些發現為BNNT納米材料的合成開啟了新的篇章。經過兩年的工作，他們已經找到了途徑，隨著硼的凝結，它形成了大的團塊，氮不會與之反應。但這個過程是從小團塊開始的，氮與之發生反應，而且隨著液滴的增大，仍有一定比例的小團塊。
他補充說："這項工作的好處是，由于我們有等離子體和流體力學以及量子化學方面的專家，我們可以在一個跨學科小組中一起經歷所有這些過程。現在我們需要將我們模型中可能的BNNT輸出與實驗進行比較。這將是建模的下一個階段。"
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