Ser du rødt? Gør carbon nanorør klarere for det blotte øje

Hvis du skulle se på en carbon nanorør med det blotte øje, ville du ikke se meget mere end sort pulver, men nu har et team af EU-finansierede forskere udviklet en ny måde at gøre disse multifunktionelle nanoteknologiske byggesten mere synlige.

Carbon nanorør er strukturer, der ligner masser af bikageformede sekskanter, der alle er rullet sammen til et sømløst cylindrisk rør. Det er svært at få dem til at udsende lys, da de er fremragende elektriske ledere og fanger energien fra andre selvlysende kemiske arter placeret i nærheden.

Men nu har det paneuropæiske team udarbejdet måder at udnytte carbon nanorørens relativt høje overfladeareal, som tillader mange andre molekyler, herunder dem, der er i stand til at udsende lys, at knytte sig til det. Disse molekyler har form af kemikalier, der er i stand til at vise rødt lys.

Som en del af et EU -projekt, forskere fra Belgien, Frankrig, Tyskland, Ungarn, Italien og Polen har forberedt og karakteriseret selvlysende materialer, hvori passende designede organiske og uorganiske luminoforer er indkapslet i nano-beholdere (dvs. kulnanorør og koordinationsbure), hvor de kan bevare og endda forbedre deres emissionsproduktion.

Projektets ultimative mål er at skabe et bibliotek med selvlysende moduler, der udsender hele VIS-NIR-regionen til fremstilling af overlegne funktionelle hybridmaterialer. Emissionens farveindstilling er defineret af den udsendende gæst, mens alsidigheden i den endelige ansøgning styres via skræddersyet kemisk funktionalisering af værten.

"Vi deltager i projektet som en forskningsgruppe med speciale i undersøgelser af lanthanidforbindelser. Vi besluttede at kombinere deres højlysende egenskaber med fremragende mekaniske og elektriske egenskaber ved nanorør, "siger professor Marek Pietraszkiewicz fra Warszawas institut for fysisk kemi ved det polske videnskabsakademi (IPC PAS), en af ​​FINELUMEN -konsortiumspartnerne.

Imidlertid, teamet opdagede, at det ikke bare var et simpelt tilfælde at holde fast på disse lysemitterende molekyler, som forsker Valentina Utochnikova fra IPC PAS forklarer:
"Vedhæftning af lysemitterende komplekser direkte til nanorøret er, imidlertid, ikke gunstig, fordi sidstnævnte, som en sort absorber, ville i høj grad slukke luminescensen. "

For at bekæmpe denne uønskede lysabsorbering, holdet udsatte først carbon nanorørene for en termisk reaktion ved 140 til 160 grader Celsius i en opløsning af ionisk væske modificeret med en terminal azidofunktion. Reaktionen giver nanorør belagt med molekyler, der fungerer som ankre-links. På den ene side, ankre er fastgjort til overfladen af ​​nanorøret, og på den anden side kan de vedhæfte molekyler, der er i stand til at vise synligt lys. Den frie terminal på hvert link bærer en positiv ladning.

Så tilberedte nanorør overføres efterfølgende til en anden opløsning indeholdende et negativt ladet lanthanidkompleks-tetrakis- (4, 4, 4-trifluor-1- (2-naphtyl-1, 3-butanedionato) europium.

"Lanthanidforbindelser indeholder elementer fra VI -gruppen i det periodiske system og er meget attraktive for fotonik, da de er kendetegnet ved et højt luminescenskvanteudbytte og en høj farve renhed af det udsendte lys, "kommenterer Valentina Utochnikova.

Efter opløsning i opløsning, negativt ladede europiumkomplekser fanges spontant af positivt ladede frie terminaler af ankre fastgjort til nanorør på grund af elektrostatisk interaktion. Efterfølgende, hvert nanorør er holdbart belagt med molekyler, der er i stand til at udsende synligt lys. Når reaktionen er fuldført, vaskes og tørres de modificerede nanorør.

Det endelige resultat er et sodet pulver, der, når det udsættes for UV -stråling, udsender rødt lys takket være lanthanidkomplekserne, der er forankret i kulstofnanorørene.

Ved at gøre disse materialer så alsidige som muligt er der et stort potentiale for deres øgede anvendelse i bioimaging, optoelektroniske enheder og sensorer.