Skinnende lys på det undvigende carbon nanorør

Michael Blades ryster en lille flaske væske og ser, mens små sorte pletter hvirvler rundt. Hver plet repræsenterer en klynge af millioner af kulstofnanorør (CNT'er).

CNT'er er rullede plader af grafen, en af ​​kulstofformerne. De måler kun 1 eller 2 nanometer i diameter (1nm er lig med en milliardtedel af en meter), de varierer i længde fra 100nm til flere centimeter, og de kommer i en række forskellige strukturer.

CNT'er har mange unikke optiske, elektriske og mekaniske egenskaber, der gør dem nyttige i biologiske, miljømæssige og andre applikationer.

Men deres størrelse gør dem svære at opdage, undersøge og manipulere.

klinger, en senior elektrisk ingeniør og fysik dobbelt-major, arbejdede på dette problem sidste sommer i et forskningspraktik hos Lehighs Environmental Initiative. Han fortsætter sit studie af CNT'er til efteråret med Slava Rotkin, lektor i fysik.

"Carbon nanorør skal placeres præcist for at fungere korrekt, ” siger Blades. "Problemet er, ikke kun er nanorør meget små, de er også meget usamarbejdsvillige.”

En søgen efter den rigtige lyskilde

Før CNT'er kan studeres, klyngerne skal adskilles, så individuelle rør kan observeres. Derefter, lyset rettes mod dem. Et rør afslører sin tilstedeværelse ved at gennemgå fotoluminescens og "gløde".

I sin praktikperiode Blades blev tildelt til at samle et epifluorescerende optisk mikroskop, der var i stand til at se CNT'er.

Han prøvede først en halogenlampe som lyskilde.

"Når du har en lyskilde, filamentbilledet er overlejret på din prøve, ” siger Blades. "Det lyse infrarøde honeycomb-mønster, som lampen udsendte, var for distraherende til at finde relativt svage nanorør."

Næste, han skiftede til en grøn laser, hvilket fik nanorørene til at afgive lys i det infrarøde.

Infrarødt lys er ikke synligt med det blotte øje, så Blades vendte sig til et digitalkamera, som har en ladningskoblet enhed med en bølgelængdefølsomhed, der er større end det menneskelige øjes.

Fjernelse af det infrarøde filter fra et webcam, han rettede den mod perler, der var blevet farvet med et infrarødt fluorescerende farvestof. Han var på rette vej:Perlerne var synlige.

Men da han brugte webkameraet til at se CNT'ernes fluorescerende glød, dette virkede ikke, fordi rækkevidden af ​​de infrarøde sensorer var utilstrækkelig.

En ny rolle for et gammelt kamera

Løsningen viste sig at være lige hjemme.

"Jeg havde dette gamle [Sony] videokamera med en infrarød tilstand kaldet 'natbillede, " siger Blades. "Det har en rækkevidde, der strækker sig 200nm længere ind i det infrarøde end et normalt kamera."

Efter at have testet kameraet med mikroskopet, han så CNT-fluorescens "uden tvivl."

Men der er stadig udfordringer.

"Mange ting fluorescerer, når du skinner intenst lys på dem, " siger Blades, inklusive støv og endda mikroskopet, hvorpå prøver er placeret. Vibrationer kan få scenen til at ryste, flytte prøven. Også, lyskilden virker svagere med visse løsninger. Blade kan endnu ikke identificere individuelle rør, men han arbejder på at eliminere variabler.

Rotkin roser Blades for hans kreativitet.

"Michael er ekstremt opfindsom, ” siger han. "Der var forhindringer, men han kredsede om dem med usædvanlige løsninger.”

"Det har været meget sjovt at lave det her, ” siger Blades. "Jeg kan godt lide at få mine hænder snavsede."