Kompozit Malzemelerde Bor Nitrür Kullanımı

Karbon nanotüpler, plastik ve epoksi reçinesi gibi hafif polimerlerle birleşince beton içindeki nervürlü inşaat demiri gibi davranmakta ve oluşan malzemelere yüksek dayanım katmaktadır. Bu malzemeler uçaklar, arabalar ve uzay araçları gibi birçok alanda kullanılmaktadır.  Fakat karbon nanotüplerin, kullanılan polimerlerle arasındaki bağ zayıf olmaktadır.  Bu zayıflık da malzemenin özellilerini kötü yönde etkilemektedir.

New York State Üniversitesi, makina mühendisliği profesörü  Changhong Ke, karbon nitrür nanotüpler yerine bor nitrür nanotüpler denemiş ve olumlu sonuçlar almıştır. Bor nitrür nanotüplerin dayanıklılığı, karbon nanotüplerle neredeyse aynıdır fakat bor nitrür nanotüplerin asıl avantajı,  kullanılan polimerlerle daha iyi bağ kurduğu için malzeme kalitesi daha iyi olmaktadır ve malzeme bütün olarak daha dayanıklı hale gelmektedir. Yapılan testler sonucunda da bor nitrür nanotüpler ve epoksi kullanılarak üretilen malzeme, karbon nanotüpler ve epoksi kullanılarak üretilen malzemeye oranla %20 daha dayanıklı çıkmıştır. Ayrıca yine testler sonucunda,  bor nitrür ve polimetil metakrilat (PMMA) ile üretilen malzeme, karbon nanotüpler ve PMMA ile üretilen malzemeye oranla %35 daha dayanıklı çıkmıştır. Ayrıca yapılan testler sonucu bor nitrür nanotüplerle üretilen malzemeler karbon nanotüplerle üretilen malzemelere oranla yüksek sıcaklıklarda daha dengeli kalmakta ve radyasyonu daha iyi absorbe etmektedir.

Oluşan bu fiziksel farklar ise şu şekilde açıklanmaktadır: Her bir karbon atomunda son yörüngedeki elektron sayıları eşittir ve bu da atomların kullanılan polimerle atomların eşit paylaşılması anlamına gelmektedir. Fakat bor nitrür bileşiğinde, nitrojen atomları, bor atomlarına göre daha fazla proton içermektedir. Bu da bağ yapılarında daha fazla elektron olmasına neden olmaktadır. Bu düzensin bağ yapılanması, bor nitrür ile polimer arasında daha aktif  bağ yapıları oluşturmakta ve daha güçlü bağlar oluşumu sağlamaktadır.

Günümüzde bor nitrür için en önemli dezavantaj karbon nanotüplere oranla fazlasıyla pahalı olmasıdır. Karbon nanotüplerin gramı yaklaşık 10-20 dolara mal olurken, bor nitrür nanotüplerin gramı yaklaşık olarak 1000 dolara mal olmaktadır. Fakat bilim insanları karbon nanotüplerin ilk bulunduğundaki maliyetlerin günümüzdeki bor nitrür ile benzer olduğunu ve gelecekte bor nitrür maliyetlerinin de düşeceğini belirtmekte ve gelecekte bor nitrür nanotüplerin kullanımının artacağını öngörmektedir.

Kaynak

https://www.aip.org/publishing/journal-highlights/move-aside-carbon-boron-nitride-reinforced-materials-are-even-stronger