En stjerne, Metalfri måde at lave kulstof nanorør på

(PhysOrg.com) -- Space har tilsyneladende sin egen opskrift på fremstilling af kulstof nanorør, et af de mest spændende bidrag fra nanoteknologi her på Jorden, og metaller mangler iøjnefaldende på ingredienslisten.

Fundet er det overraskende biprodukt af laboratorieeksperimenter designet af Joseph Nuth ved NASAs Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md. og hans kolleger for at tage fat på det astronomiske spørgsmål om, hvordan kulstof bliver genbrugt i de områder af rummet, der afføder stjerner og planeter. Arbejdet kunne også hjælpe forskere med at forstå forvirrende observationer om nogle supernovaer.

I en nylig avis i Astrofysiske tidsskriftsbreve , Nuths team beskriver den beskedne kemiske reaktion. I modsætning til nuværende metoder til fremstilling af kulstof-nanorør - små, men stærke strukturer med en række anvendelser inden for elektronik og, ultimativt, måske endda medicin - den nye tilgang behøver ikke hjælp fra en metalkatalysator. "I stedet, nanorør blev produceret, når grafitstøvpartikler blev udsat for en blanding af kulilte og brintgasser, " forklarer Nuth.

"Jeg er overrasket over implikationerne af dette papir, ikke kun for astrofysik, men også for materialevidenskab, " siger Dick Zare, formanden for kemiafdelingen ved Stanford University, Stanford, Californien. "Kunne naturen kende en ny kemi til fremstilling af kulstof nanorør, som vi endnu ikke har opdaget?"

En indikation af denne mulighed kom i 2008, når den lange, tynde kulstofstrukturer kendt som grafit whiskers - i det væsentlige, større fætre til kulstof-nanorør - blev identificeret i tre meteoritter. Denne opdagelse gav den forjættende udsigt, at en tåge af grafithår i rummet kunne forklare, hvorfor nogle supernovaer virker mørkere, og derfor længere væk, end de burde være, efter nuværende modeller. Endnu, "meget lidt er kendt om dannelse af grafithårhår, og derfor er det svært at fortolke deres opdagelse tilstrækkeligt, " siger Marc Fries fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californien

Fries og Andrew Steele på Carnegie Institution for Science, Washington, rapporterede meteoritfundene.

Nu, eksperimenterne fra Nuths team foreslår en mulig vej til at danne sådanne strukturer. Dette "er præcis den slags grundlæggende tilgang, der er nødvendig for en meningsfuld forståelse af, hvad grafithårhår er, og hvad deres tilstedeværelse betyder i den større sammenhæng med solsystemdannelse og astronomiske observationer, Fries forklarer.

Nuths tilgang er en variation af en veletableret måde at producere benzin eller andre flydende brændstoffer fra kul. Det er kendt som Fischer-Tropsch syntese, og forskere formoder, at det kunne have produceret i det mindste nogle af de simple kulstofbaserede forbindelser i det tidlige solsystem. Nuth foreslår, at de nanorør, som sådanne reaktioner giver, kan være nøglen til genanvendelse af det kulstof, der frigives, når kulstofrige korn ødelægges af supernovaeksplosioner.

Strukturen af ​​kulstofnanorørene produceret i disse eksperimenter blev bestemt af Yuki Kimura, en materialeforsker ved Tohoku University, Japan, som undersøgte prøverne under et kraftigt transmissionselektronmikroskop. Han så partikler, hvorpå den oprindelige glatte grafit gradvist forvandlede sig til et ustruktureret område og til sidst til et område rigt på sammenfiltrede hårlignende masser. Et nærmere kig med et endnu mere kraftfuldt mikroskop viste, at disse ranker i virkeligheden var kopstablede kulstofnanorør, som ligner en stak Styrofoam-kopper med bunden skåret ud.

Disse observationer overraskede Kimura, fordi kulstof nanorør typisk dyrkes med platin eller et andet metal som katalysator, alligevel havde Nuths reaktion ikke brugt nogen metaller. Kimura tjekkede for kontaminering, men "fandt ikke tilstedeværelsen af ​​metalliske partikler, der fulgte med nanorøret i prøven, " han siger.

Hvis yderligere test indikerer, at den nye metode er velegnet til materialevidenskabelige anvendelser, det kunne supplere, eller endda erstatte, den velkendte måde at lave nanorør på, forklarer Kimura. Den mulighed "er meget spændende og inviterer til endnu mere undersøgelse, " siger Zare.

Resultaterne kan også åbne et nyt område af undersøgelser inden for astronomi, fordi "vi kan tage knurhårene produceret af Joe og udspørge deres egenskaber, " siger Steele.

I særdeleshed, forskere kan vurdere, om grafithårhår absorberer lys, bemærker han. Et positivt resultat ville give troværdighed til påstanden om, at tilstedeværelsen af ​​disse molekyler i rummet påvirker observationerne af nogle supernovaer. Evnen til at teste denne hypotese kunne starte sin egen reaktion.