Vanddråber former grafen nanostrukturer

Et enkelt-atom-tykt ark kulstof, som dem, der ses i blyantmærker -- giver et stort potentiale for nye typer nanoskala-enheder, hvis der kan findes en god måde at støbe materialet i ønskede former.

Kemikere ved University of Illinois i Chicago siger, at det er muligt, rapporterer, at grafen kan blive ret bøjeligt ved kun at bruge en nanodråbe vand til at udføre arbejdet.

"Indtil nu, man troede ikke, at vi kontrollerbart kunne folde disse strukturer, sagde Petr Král, adjunkt i kemi ved UIC. "Men nu ved vi, hvordan man former grafen ved at bruge svage kræfter mellem nanodråber, der er omhyggeligt placeret på grafenplader."

Král og to af hans kandidatstuderende beskrev processen i en nylig artikel i Nano bogstaver, som er fremhævet i Natur s "nyheder og synspunkter" sektion 17. dec.

Ingeniører har allerede skåret grafen i smalle bånd og andre former, udvidelse af sættet af kulstofholdige systemer såsom fullerener, kulstof nanorør og nano-diamanter. Ved hjælp af computersimuleringer, Král viste, at svage molekylære vekselvirkninger kaldet van der Waals-kræfter mellem vandnanodråber og grafen kan forme det til en lang række forskellige former, uden at vandet og grafenet binder sig kemisk.

"Afhængig af størrelsen af ​​vanddråben og formen og størrelsen af ​​den anvendte grafenflage, vi kan folde det i forskellige former til forskellige applikationer, " sagde Král. "Det ligner den måde, proteiner foldes i biologiske celler ved hjælp af chaperone-proteiner."

Král og hans elever opdagede, at de kunne bruge vanddråber til at rulle, bøje, skub og form grafen til forskellige komplekse strukturer såsom kapsler, sandwich, knob og ringe -- alle potentielle byggesten til nanoenheder med unikke mekaniske, elektriske eller optiske egenskaber. Ved at bruge specielle teknikker som atomkraftmikroskopi og omhyggeligt styrede mikroskopiske nåle, vanddråber og andre materialer kan omhyggeligt placeres på grafen for at forme det til ønskede former, han siger.

Králs laboratorium studerer potentielle anvendelser af grafen i nanoskala, såsom måder at belægge det med fosfolipidmolekyler, der ville tillade det at blive en del af biologiske cellemembraner, hvor det kan udføre specifikke funktioner. Hans laboratorium designer også porer i nanoskala grafenplader, der tillader opbygningen af ​​nye ion- og molekylære separationsmembraner til brug i afsaltning og andre applikationer.

Mens de materialer, han arbejder med, er uorganiske, Král ser en voksende tendens til at udvikle hybride multifunktionelle systemer, der kombinerer uorganiske nanostrukturer med biologiske cellulære systemer.

"Vi forsøger at opdage signaler fra den biologiske verden eller sende signaler til den biologiske verden, " sagde han. "I fremtiden, måske vil proteiner udvikle sig til at interagere med uorganiske systemer. Det er en måde at udvikle sig på at danne en ny grænseflade, eller hybridsystem, arbejder sammen om nye funktioner."