Forskere bruger husholdningsovne til at hjælpe med at dekontaminere kulstofnanorør

Midt i alt det smarte udstyr, der findes i et typisk nanomaterialelaboratorium, en af ​​de mest nyttige kan vise sig at være den ydmyge mikrobølgeovn.

En standard køkkenmikroovn viste sig at være effektiv som en del af en to-trins proces opfundet på Rice og Swansea universiteter til at rense kulstof nanorør.

Grundlæggende nanorør er gode til mange ting, som formning til mikroelektroniske komponenter eller elektrisk ledende fibre og kompositter; til mere følsomme anvendelser som medicinlevering og solpaneler, de skal være så uberørte som muligt.

Nanorør dannes fra metalkatalysatorer i nærværelse af opvarmet gas, men rester af disse katalysatorer (normalt jern) forbliver nogle gange fast på og inde i rørene. Katalysatorresterne kan være svære at fjerne med fysiske eller kemiske midler, fordi den samme kulstoffyldte gas, der bruges til at fremstille rørene, lader kulstofatomer danne indkapslende lag omkring det resterende jern, reducerer evnen til at fjerne det under oprensning.

I den nye proces, behandling af rørene i fri luft i en mikroovn brænder det amorfe kulstof af. Nanorørene kan derefter behandles med højtemperatur klor for at fjerne næsten alle de fremmede partikler.

Processen blev afsløret i dag i tidsskriftet Royal Society of Chemistry RSC går videre .

Kemikernes laboratorier Robert Hauge, Andrew Barron og Charles Dunill ledede undersøgelsen. Barron er professor ved Rice i Houston og ved Swansea University i Storbritannien. Rice's Hauge er en pioner inden for nanorørvækstteknikker. Dunnill er universitetslektor ved Energy Safety Research Institute i Swansea.

Der er mange måder at rense nanorør på, men til en pris, sagde Barron. "Klormetoden udviklet af Hauge har den fordel, at den ikke beskadiger nanorørene, i modsætning til andre metoder, sagde han. Desværre, mange af de resterende katalysatorpartikler er omgivet af et kulstoflag, der forhindrer klor i at reagere, og dette er et problem for at lave kulstofnanorør med høj renhed."

Forskerne indsamlede mikroskopbilleder og spektroskopidata på partier af enkeltvæggede og flervæggede nanorør før og efter mikrobølgebehandling af dem i en 1, 000 watt ovn, og igen efter at have badet dem i et oxiderende bad af klorgas under høj varme og tryk. De fandt ud af, at når jernpartiklerne blev udsat for mikroovnen, det var meget nemmere at få dem til at reagere med klor. Det resulterende flygtige jernchlorid blev derefter fjernet.

Det viste sig at være sværere at eliminere jernpartikler inde i store flervæggede nanorør. men transmissionselektronmikroskopbilleder viste deres antal, især i enkeltvæggede rør, at blive stærkt formindsket.

"Vi vil gerne fjerne alt jernet, men til mange applikationer, rester i disse rør er mindre et problem, end hvis det var på overfladen, " Barron sagde. "Tilstedeværelsen af ​​resterende katalysator på overfladen af ​​kulstof nanorør kan begrænse deres anvendelse i biologiske eller medicinske applikationer."

Medforfattere til undersøgelsen er Virginia Gomez, postdoc forskningsassistent hos Swansea; Silvia Irusta, professor ved universitetet i Zaragoza, Spanien; og Wade Adams, en senior fakultetsstipendiat i materialevidenskab og nanoingeniør ved Rice.

Hauge er en fremtrædende fakultetsstipendiat i kemi og i materialevidenskab og nanoteknik på Rice. Barron er Charles W. Duncan Jr.-Welch-professor i kemi og professor i materialevidenskab og nanoteknik ved Rice og Sêr Cymru-stolen for Low Carbon Energy and Environment i Swansea.