At blive negativ betaler for nanorør:Team finder mulige nøgler til bedre nanofibre, film

(Phys.org) – Et Rice University-laboratoriums cagey-strategi forvandler negativt ladede kulstofnanorør til flydende krystaller, der kan forbedre dannelsen af ​​fibre og film.

Det seneste skridt mod fremstilling af makromaterialer ud af mikroskopiske nanorør afhænger af burlignende kroneethere, der fanger kaliumkationer. Negativt ladede kulstofnanorør forbinder med kaliumkationer for at bevare deres elektriske neutralitet. Træde i kræft, etherne hjælper med at fjerne disse kationer fra overfladen af ​​nanorørene, resulterer i en nettoladning, der hjælper med at balancere den elektriske van der Waals-attraktion, der normalt gør kulstofnanorør til en ubrugelig klump.

Processen af ​​Rice kemiker Angel Martí, hans studerende og kolleger blev afsløret i American Chemical Society journal ACS Nano .

Carbon nanorør har længe været tænkt som et potentielt grundlag for ultrastærke, stærkt ledende fibre – en forudsætning bekræftet i nyligt arbejde af risprofessor og medforfatter Matteo Pasquali – og forberedelsen af ​​dem har været afhængig af brugen af ​​en "superasyre, "chlorsulfonsyre, der giver nanorørene en positiv ladning og får dem til at frastøde hinanden i en opløsning.

Martí og førsteforfatterne Chengmin Jiang og Avishek Saha, begge kandidatstuderende på Rice, besluttede at se på at producere nanorørløsninger fra en anden vinkel. "Vi så i litteraturen, at der var en måde at gøre det modsatte på og give overfladen af ​​nanorørene negative ladninger, " sagde Martí. Det involverede infusion af enkeltvæggede kulstofnanorør med alkalimetaller, I dette tilfælde, kalium, og omdanne dem til en slags salt kendt som en polyelektrolyt. Bland dem til et organisk opløsningsmiddel, dimethylsulfoxid (DMSO), tvang de negativt ladede nanorør til at udskille nogle kaliumioner og frastøde hinanden, men i koncentrationer for lave til ekstrudering til fibre og film.

Det krævede tilføjelsen af ​​ethermolekyler kendt som 18-krone-6 for deres kronelignende atomarrangementer. Kronerne har en særlig appetit på kalium; de fjerner de resterende ioner fra nanorørets vægge og binder dem. Rørenes frastødende egenskaber bliver større og giver mulighed for flere nanorør i en opløsning, før van der Waals tvinger dem til at koagulere.

Ved kritisk masse, nanorør suspenderet i opløsning løber ud af rummet og danner en flydende krystal, sagde Martí. "De tilpasser sig, når de bliver så overfyldte i løsningen, at de ikke kan pakke tættere på i en tilfældigt justeret tilstand, " sagde han. "Elektrostatiske frastødninger forhindrer van der Waals interaktioner i at tage over, så nanorør har ikke andet valg end at tilpasse sig, danner flydende krystaller."

Flydende krystallinske nanorør er afgørende for produktionen af ​​stærke, ledende fiber, ligesom fiberen opnået med supersyre suspensioner. Men Martí sagde, at det at blive negativ betyder, at nanorør lettere kan funktionaliseres - dvs. kemisk ændret til specifikke formål.

"De negative ladninger på overfladen af ​​nanorørene tillader kemiske reaktioner, som du ikke kan udføre med supersyrer, " sagde Martí. "Du kan, for eksempel, være i stand til at funktionalisere overfladen af ​​kulstofnanorørene, samtidig med at du laver fiber. Du kan muligvis tværbinde nanorør for at lave en stærkere fiber, mens du ekstruderer den.

"Vi føler, at vi bringer en ny spiller til området for kulstof-nanoteknologi, især til fremstilling af makroskopiske materialer, " han sagde.