碳納米管(CNT)最初創(chuàng)建于20世紀(jì)90年代，由于它的強(qiáng)度和導(dǎo)電能力，有一個(gè)數(shù)百萬美元的市場(chǎng)。大約一年前，加拿大國(guó)家研究委員會(huì)開始擴(kuò)大生產(chǎn)由輕質(zhì)氮化硼制成的納米管(BNNT)，并且預(yù)測(cè)在未來十年，BNNT將成為一種增材制造材料，就像碳納米管一樣。這一天可能會(huì)提前到來，因?yàn)榘拇罄麃喌峡洗髮W(xué)前沿材料研究所(IFM)的研究人員報(bào)告說他們首次成功地3D打印了一種BNNT /鈦復(fù)合材料。

碳納米管和氮化硼納米管的結(jié)構(gòu)圖

這項(xiàng)BNNT 3D打印突破是IFM的增材制造團(tuán)隊(duì)(由Daniel Fabijanic博士領(lǐng)導(dǎo))和納米技術(shù)團(tuán)隊(duì)(由陳教授領(lǐng)導(dǎo))合作完成的。“氮化硼納米管(BNNT)是一種新的、具有許多獨(dú)特性能的高級(jí)納米材料。它們超輕、超強(qiáng)，并且極其耐熱。然而，在發(fā)現(xiàn)這種材料后的20年里，人們只能進(jìn)行少量生產(chǎn)，這嚴(yán)重限制了BNNT在產(chǎn)品開發(fā)中的實(shí)際應(yīng)用。我們創(chuàng)新性的可擴(kuò)展制造工藝能有效消除這一生產(chǎn)瓶頸，將BNNT的真正力量釋放到市場(chǎng)，”陳教授解釋說。

實(shí)現(xiàn)BNNT的大規(guī)模3D打印對(duì)航空航天、國(guó)防、能源、汽車、健康等多個(gè)行業(yè)意義重大。BNNT的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱性和機(jī)械性能都類似于碳納米管，但能承受高達(dá)800℃的高溫(是碳納米管的兩倍)。這是BNNT作為一種3D打印材料如此吸引人的原因：這種高耐熱性意味著BNNT可以在金屬基復(fù)合材料3D打印過程中熔化和液化粉末所涉及的極端高溫下完整保存。

BNNT可以被染成不同的顏色，也可以被設(shè)計(jì)成透明材料，二者都是碳納米管無法實(shí)現(xiàn)的。BNNT還可以在機(jī)械應(yīng)力下產(chǎn)生電流，有更高的電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，并且可以屏蔽紫外和中子輻射。

“當(dāng)被整合到復(fù)合材料和系統(tǒng)中時(shí)，BNNT能在許多工業(yè)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)全新的材料性能，”陳教授解釋說。近年來，BNNT的潛在商業(yè)利益才真正開始引起關(guān)注。陳教授說，目前只有三個(gè)全球性組織聲稱能大規(guī)模生產(chǎn)BNNT。但常規(guī)的BNNT生產(chǎn)昂貴而高耗能，并不具有可持續(xù)性。

“相比之下，迪肯大學(xué)的BNNT技術(shù)有望提供最高的生產(chǎn)率，同時(shí)也會(huì)更節(jié)能和行業(yè)友好。該技術(shù)已經(jīng)在迪肯大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室成功實(shí)現(xiàn)，并且能為內(nèi)部和外部研究生產(chǎn)足夠的BNNT，這些研究包括幾種不同的產(chǎn)品，如BN納米管膜、涂層和巴基紙，”陳教授說，“BN巴基紙可用來制作飛機(jī)的輻射屏蔽層、去除水中污染物的過濾器、輕質(zhì)而堅(jiān)固的車輛和飛機(jī)。”

研究人員最近獲得了這項(xiàng)創(chuàng)新性的BNNT生產(chǎn)技術(shù)的專利，迪肯大學(xué)也準(zhǔn)備擴(kuò)大該技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模來滿足需求。該大學(xué)計(jì)劃建造一個(gè)商業(yè)試點(diǎn)工廠來生產(chǎn)數(shù)千克的BNNT，工廠將修建在校園內(nèi)。