Carbon nanotråde opnået ved at temperere diamantandicarboxylsyre inde i carbon nanorør

(Phys.org) —Kulstofbaserede nanomaterialer har unikke egenskaber, der gør dem nyttige til mange tekniske applikationer, herunder let konstruktion, elektronik, energiproduktion, miljøteknologi, og medicin. I journalen Angewandte Chemie , et internationalt team af forskere har nu introduceret en ny proces til fremstilling af særligt fine carbon nanotråde fra kulstof i diamantkonfigurationen. I denne proces, molekyler med en diamantlignende struktur er forbundet sammen inde i et carbon-nanorør.

Kulstof forekommer i flere konfigurationer. Grafit og diamant har længe været kendt. Mens grafit består af todimensionale, honeycomb-lignende plader af kulstof, diamanter er tredimensionelle, burlignende strukturer bestående af rynker med seks kulstof. En række nye nanokonfigurationer er også blevet opdaget:fullerener, kulstof nanorør, grafen (grafitmonolag), nanodiamanter, og diamanter. Diamondoider er faktisk cycloalkanmolekyler med et skelet af kulstof konfigureret i "bure", som diamant. De kan ses som miniaturediamanter med hydrogenatomer bundet til deres ydre overflader.

Nanotråde er nødvendige til mange nanoskala -applikationer. Der er blevet produceret forskellige typer nanotråd, herunder nogle med diametre fra ca. 50 til 100 nm, lavet af kulstof i diamantkonfigurationen. Et team af forskere fra Japan, Kina, Tyskland, og USA ønskede at reducere dimensionerne af nanotråde yderligere ind i sub-nanometerområdet. Sådanne små ledninger kan være nyttige i spidserne til scanning af tunnelmikroskoper, som er enheder, der kan bruges til at scanne topologien på en overflade for at producere ekstremt højopløselige billeder.

Forskere ledet af Hisanori Shinohara ved Nagoya University (Japan) kom på ideen om at smelte diamantoider til længere, superfine ledninger. For at få dette til at fungere måtte de ty til et trick:carbon nanorør "forme". For deres udgangsmateriale, forskerne valgte diadamantan, en diamantformet lavet af to diamantlignende bure. De knyttet en kulsyregruppe i hver ende af disse molekyler. Molekylerne overføres til gasfasen til den syntetiske procedure. De suges ind i de små kulstofnanorør ved kapillærvirkning. De bedste nanorørforme viste sig at være dem med en indre diameter på ca. 1,3 nm. Inden for nanorørene, diamanterne står i kø som en perlerække. Opvarmning af disse til ca. 600 ° C under en hydrogenatomsfære forårsager en polymerisations-/fusionsreaktion, hvor de enkelte diamantformede molekyler forbinder sig gennem deres kulsyregrupper for at danne en lang "tråd" med en diameter på ca. 0,78 nm. Den burlignende struktur opretholdes.

Ved at bruge teoretiske beregninger og forskellige analytiske teknikker, forskerne var i stand til at demonstrere, at kulstoffet i ledningerne faktisk er i en diamantlignende struktur.

I øjeblikket, forskerne udarbejder en ultralydsekstraktionsteknik til frigivelse af nanotråde fra de omgivende carbon nanorør.