Nanorør passerer syretest

Rice University-forskere har fundet det "ultimate" opløsningsmiddel til alle slags kulstofnanorør (CNT'er), et gennembrud, der bringer skabelsen af ​​en meget ledende kvante nanotråd stadig tættere på.

Nanorør har den frustrerende vane at bundte, gør dem mindre nyttige, end når de er adskilt i en opløsning. Risforskere ledet af Matteo Pasquali, en professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab og i kemi, har forsøgt at løse dem i årevis, da de leder efter skalerbare metoder til at gøre exceptionelt stærke, ultralet, stærkt ledende materialer, der kunne revolutionere strømfordelingen, såsom lænestolens kvantetråd.

Lænestolens kvantetråd - et makroskopisk kabel af velafstemte metalliske nanorør - blev forestillet af afdøde Richard Smalley, en ris-kemiker, der delte Nobelprisen for sin del i at opdage familien af ​​molekyler, der inkluderer kulstofnanorøret. Rice fejrer 25-året for denne opdagelse i år.

Pasquali, hovedforfatter Nicholas Parra-Vasquez og deres kolleger rapporterede denne måned i onlinejournalen ACS Nano at chlorsulfonsyre kan opløse halv millimeter lange nanorør i opløsning, et kritisk trin i spinding af fibre fra ultralange nanorør.

Nuværende metoder til at opløse kulstof nanorør, som omfatter at omgive rørene med sæbelignende overfladeaktive stoffer, doping dem med alkalimetaller eller vedhæftning af små kemiske grupper til sidevæggene, sprede nanorør i relativt lave koncentrationer. Disse teknikker er ikke ideelle til fiberspinding, fordi de skader egenskaberne af nanorørene, enten ved at fæstne små molekyler til deres overflader eller ved at forkorte dem.

Et par år siden, risforskerne opdagede, at chlorsulfonsyre, en "supersyre, " tilføjer positive ladninger til overfladen af ​​nanorørene uden at beskadige dem. Dette får nanorørene til spontant at adskilles fra hinanden i deres naturlige bundtede form.

Denne metode er ideel til fremstilling af nanorør-løsninger til fiberspinding, fordi den producerer flydende doper, der ligner dem, der bruges til industriel spinding af højtydende fibre. Indtil for nylig, forskerne troede, at denne opløsningsmetode kun ville være effektiv for korte enkeltvæggede nanorør.

I det nye blad, Rice -teamet rapporterede, at syreopløsningsmetoden også fungerer med enhver form for carbon nanorør, uanset længde og type, så længe nanorørene er relativt fri for defekter.

Parra-Vasquez beskrev processen som "meget let."

"Bare tilsætning af nanorørene til chlorsulfonsyre resulterer i opløsning, uden selv at blande, " han sagde.

Mens tidligere forskning havde fokuseret på enkeltvæggede kulstof nanorør, holdet opdagede, at chlorsulfonsyre også er dygtig til at opløse multiwalled nanorør (MWNT'er). "Der er mange processer, der laver flervæggede nanorør til en billigere pris, og der er en masse forskning med dem, "sagde Parra-Vasquez, der fik sin risdoktor sidste år. "Vi håber, at dette vil åbne op for nye forskningsområder."

De observerede også for første gang, at lange SWNT'er spredt af supersyre danner flydende krystaller. "Vi vidste allerede, at med kortere nanorør, den flydende krystallinske fase er meget forskellig fra traditionelle flydende krystaller, så flydende krystaller dannet af ultralange nanorør burde være interessant at studere, " han sagde.

Parra-Vasquez, nu postdoc-forsker ved Centre de Physique Moleculaire Optique et Hertzienne, Universite 'de Bordeaux, Talent, Frankrig, kom til Rice i 2002 for at studere hos Pasquali og Smalley.

Studie medforfatter Micah Green, assisterende professor i kemiteknik ved Texas Tech og tidligere postdoc i Pasqualis forskningsgruppe, nævnte arbejde med lange nanorør er nøglen til at opnå usædvanlige egenskaber i fibre, fordi både de mekaniske og elektriske egenskaber afhænger af længden af ​​de konstituerende nanorør. Pasquali sagde, at brug af lange nanorør i fibrene skulle forbedre deres egenskaber i størrelsesordenen en til to størrelser, og at lignende forbedrede egenskaber også forventes i tynde film af kulstof nanorør, der undersøges til fleksible elektronikapplikationer.

Et umiddelbart mål for forskere, Parra-Vasquez sagde, vil være at finde "store mængder af ultralange enkeltvæggede nanorør med lave defekter - og så lave den fiber, vi har drømt om at lave, siden jeg ankom til Rice, en drøm, som Rick Smalley havde, og som vi alle har delt siden."