Nano parfait en godbid for videnskabsmænd

I to nye aviser, Rice University-forskere rapporterer, at de bruger ultracentrifugering (UCF) til at skabe højt oprensede prøver af kulstofnanorørarter.

Et hold, ledet af risprofessor Junichiro Kono og kandidatstuderende Erik Haroz og William Rice, har taget et lille, men væsentligt skridt i retning af drømmen om et effektivt landsdækkende elnet, der er afhængigt af stærkt ledende kvantenanowire.

Den anden, ledet af risprofessor Bruce Weisman og kandidatstuderende Saunab Ghosh, ansat UCF til at forberede strukturelt sorterede partier af halvledende nanorør, der kunne finde kritiske anvendelser inden for medicin og elektronik.

UCF er, hvad det lyder som:en superhurtig version af den centrifugeproces, medicinske laboratorieteknikere bruger til at adskille blodceller fra plasma.

Processen indebærer at suspendere blandinger af enkeltvæggede kulstofnanorør i kombinationer af væsker med forskellige densiteter. Når det drejes af en centrifuge ved op til 250, 000 g - det er 250, 000 gange tyngdekraften - nanorørene migrerer til de væsker, der matcher deres egen særlige tæthed. Efter flere timer i centrifugen, reagensglasset bliver en farverig parfait med lag af rensede nanorør. Hver art har sine egne elektroniske og optiske egenskaber, som alle er nyttige på forskellige måder.

Weismans laboratorium rapporterede sine resultater i dagens online-udgave af Natur nanoteknologi . Weisman er professor i kemi ved Rice.

Konos laboratorium rapporterede sine resultater for nylig i online-udgaven af ACS Nano . Kono er professor i elektro- og computerteknik og professor i fysik og astronomi.

Manglen på rene partier af nanorørarter "har været en reel hindring i marken i næsten 20 år, " sagde Weisman. Selvom UCF-teknikken ikke er ny, Ghosh fandt, at omhyggelig finjustering af gradientstrukturen lod ham sortere mindst 10 af de mange arter af nanorør, der er indeholdt i en enkelt prøve produceret af den ris-skabte HiPco-proces.

Grundforskning er en stor tidlig vinder, "fordi når du kan få rene prøver af nanorør, du kan lære så meget mere om dem, " sagde Weisman. "For det andet, nogle elektroniske applikationer bliver meget enklere, fordi rørtypen bestemmer nanorørets båndgab, en afgørende elektronisk egenskab." Biomedicinske applikationer kan drage fordel af at udnytte de optiske egenskaber af specifikke typer nanorør.

I Kono-laboratoriet, metalliske nanorør steg til toppen af ​​det roterende hætteglas, mens næsten alle de halvledende nanorør sank til bunden. Det, der overraskede de førende forskere Haroz og Rice, var, at næsten alle metalrørene var lænestols-SWNT'er, den mest eftertragtede art til fremstilling af kvante nanotråd. Zigzag og næsten zigzag arter, betragtes også som metallisk, ville også synke ud.

Lænestols nanorør er såkaldte på grund af deres "U"-formede endesegmenter. Teoretisk set, lænestole er de mest ledende nanorør, lader elektroner lade op i midten uden noget, der bremser dem.

Sammensætningen af ​​gradientopløsningen gjorde en forskel i kvaliteten af ​​prøverne, sagde Haroz. "Et af de overfladeaktive stoffer, vi bruger, natriumcholat, har en molekylær struktur, der ligner et nanorør - dybest set sekskanter sat sammen, " sagde han. "Vi tror, ​​der er et match mellem natriumcholatet og strukturen af ​​nanorør, og den binder sig bare en lille smule bedre til en lænestol, end den gør til zigzag."

Forhindringer er stadig på vejen til kvantelænestols nanotråde, som nanoteknologispioneren og nobelpristageren Richard Smalley, Haroz' første mentor hos Rice, der døde i 2005, mente ville være et vidundermiddel for mange af verdens problemer. Fix distribution af energi og løsninger på andre udfordringer - rent vand, mad, miljøproblemer - vil falde på plads, troede han.

"Trin 1 i lænestols kvante nanotrådsprojekt er, "Kan vi få lænestole?" Det har vi gjort, " sagde Haroz. "Lad os nu lave makroskopiske strukturer - ikke nødvendigvis lange kabler, men små strukturer - for at teste deres ledningsevne."