Forskere foreslår ny gammel måde at rense kulstof nanorør på

(Phys.org) – En gammel, noget passé, trick, der bruges til at rense proteinprøver baseret på deres affinitet for vand, har fundet nye fans hos National Institute of Standards and Technology, hvor materialeforskere bruger det til at opdele løsninger af kulstofnanorør, adskille de metalliske nanorør fra halvledere. De siger, det er en hurtig, nem og billig måde at fremstille prøver af kulstofnanorør med høj renhed til brug i elektronik på nanoskala og mange andre applikationer.

Carbon nanorør er dannet af sammenrullede plader af kulstofatomer arrangeret i et sekskantet mønster, der ligner hønsenet. En af de fantastiske egenskaber ved nanorør er, at afhængig af hvordan lagen ruller op, en kvalitet kaldet chiralitet, det resulterende rør kan enten opføre sig som en halvleder, med forskellige egenskaber, eller som et metal, med elektrisk ledningsevne op til 10 gange bedre end kobber. Et stort problem med at skabe kommercielt levedygtig elektronik baseret på nanorør er at være i stand til effektivt at sortere den slags, du ønsker.

Tænker på hvordan man gør dette, siger NIST-forsker Constantine Khripin, bragte emnet biokemikere og såkaldt "tofaset væskeudvinding" op. "Biologer brugte dette til at adskille proteiner, selv vira, " siger Khripin, "Det er en gammel teknik, det var populært i 70'erne, men så erstattede HPLC [højtydende væskekromatografi] mange af disse teknikker." Folk bruger HPLC til også at opdele kulstofnanorør, han siger, men det er mindre vellykket. HPLC deler ting ved at udnytte forskelle i mobiliteten af ​​de ønskede molekyler, når de rejser små søjler fyldt med små kugler, men kulstof nanorør har en tendens til at klæbe til sfærerne, reducere udbyttet og til sidst tilstoppe udstyret.

Konceptet med væskeudvinding er relativt ligetil. Du laver en blanding i vand af to polymerer, som du har valgt til at være lidt forskellige i deres "hydrofobicitet, " eller tendens til at blande med vand. Tilføj din prøve af de ting, der skal adskilles, rør kraftigt og vent. Polymeropløsningerne vil gradvist adskilles i to adskilte dele eller "faser, " den lettere på toppen. Og de vil bringe de molekyler med sig i din prøve, der deler en lignende grad af hydrofobicitet.

Det viser sig, at dette fungerer ret godt med nanorør på grund af forskelle i deres elektroniske struktur - halvlederformerne, for eksempel, er mere hydrofobe end de metalliske former. Det er ikke perfekt, selvfølgelig, men nogle få sekventielle adskillelser ender med en prøve, hvor de uønskede former i det væsentlige er uopdagelige.

Være ærlig. Det er ikke så nemt. "Ingen, "enig, Khripin, "Folk prøvede dette før, og det virkede ikke. Gennembruddet var at indse, at du har brug for en meget subtil forskel mellem de to faser. Forskellen i hydrofobitet mellem nanorør er lille, lille bitte, lille." Men du kan konstruere det med omhyggelig tilsætning af salte og overfladeaktive stoffer.

"Denne teknik bruger nogle hætteglas og en bordcentrifuge til en værdi af et par hundrede dollars, og det tager under et minut, " observerer teammedlem Jeffrey Fagan. "De andre teknikker folk bruger kræver en HPLC i størrelsesordenen $50, 000 og udbyttet er relativt lavt, eller en ultracentrifuge, der tager 12 til 20 timer at adskille de forskellige metaller fra halvledere, og det er tricky og besværligt."

"Nanorørs metrologiprojektet på NIST har eksisteret i en del år, " siger seniorteammedlem Ming Zheng. "Det har været vores konstante interesse at udvikle nye måder at adskille nanorør på, billigere måder, som industrien kan bruge i udviklingen af ​​nanoelektronik og andre applikationer. Vi synes virkelig, vi har en metode her, der passer til alle de kriterier, som folk leder efter. Det er nemt, det er skalerbart, det er høj opløsning - alle de gode egenskaber sat sammen."