enklere, hurtigere og billigere:En fuld-fyldende tilgang til fremstilling af kulstof nanorør af ensartet kvalitet

Ligesom mange af os måske er resignerede over for tilstoppede saltrystere eller myldretidstrafik, dem, der arbejder på at udnytte kulstofnanorørs særlige egenskaber, har typisk trukket på skuldrene, når disse mindste cylindre fyldes med vand under behandlingen. Men for nanorør-udøvere, der har nået deres Popeye-tærskel og "ikke kan holde ud mere, "National Institute of Standards and Technology (NIST) har udtænkt en billig, hurtig og effektiv strategi, der pålideligt forbedrer kvaliteten og ensartetheden af ​​materialerne - vigtigt for at bruge dem effektivt i applikationer såsom nye computerteknologier.

For at forhindre fyldning af kernerne i enkeltvæggede kulstofnanorør med vand eller andre skadelige stoffer, NIST-forskerne råder til bevidst at forfylde dem med et ønsket kemikalie med kendte egenskaber. Ved at tage dette trin, før materialerne adskilles og spredes, normalt udført i vand, giver en konsekvent ensartet samling af nanorør. I kvantitet og kvalitet, resultaterne er bedre end vandfyldte nanorør, især til optiske applikationer såsom sensorer og fotodetektorer.

Fremgangsmåden åbner en ligetil vej til at konstruere egenskaberne af enkeltvæggede kulstofnanorør - sammenrullede plader af kulstofatomer arrangeret som hønseneråd eller honningkamme - med forbedrede eller nye egenskaber.

"Denne tilgang er så let, billigt og stort set nyttigt, at jeg ikke kan komme i tanke om en grund til ikke at bruge det, " sagde NIST kemiingeniør Jeffrey Fagan.

I deres proof-of-concept eksperimenter, NIST-teamet indsatte mere end 20 forskellige forbindelser i et udvalg af enkeltvæggede kulstofnanorør med en indvendig diameter, der varierede fra mere end 2 ned til omkring 0,5 nanometer. Ledet af gæsteforsker Jochen Campo, forskerne testede deres strategi ved at bruge kulbrinter kaldet alkaner som fyldstoffer.

Alkanerne, som omfatter sådanne velkendte forbindelser som propan og butan, tjente til at gøre nanorørets indre ureaktive. Med andre ord, de alkanfyldte nanorør opførte sig næsten, som om de var tomme - netop målet for Campo, Fagan og kolleger.

Sammenlignet med nanorør fyldt med vand og muligvis ioner, syrer og andre uønskede kemikalier, der opstår under forarbejdning, tomme nanorør har langt overlegne egenskaber. For eksempel, når det stimuleres af lys, tomme kulstof nanorør fluorescerer langt lysere og med skarpere signaler.

Endnu, "spontan indtagelse" af vand eller andre opløsningsmidler af nanorørene under forarbejdning er et "endemisk, men ofte forsømt fænomen med stærke implikationer for udviklingen af ​​nanorørapplikationer, " skrev NIST-holdet i en nylig artikel i Nanoskala horisonter .

Måske på grund af de ekstra omkostninger og indsats, der kræves for at filtrere fra og samle nanorør, forskere har en tendens til at tolerere blandede partier af ufyldte (tomme) og for det meste fyldte enkeltvæggede kulstofnanorør. At adskille ufyldte nanorør fra disse blandinger kræver dyrt ultracentrifugeudstyr og, selv da, udbyttet er kun omkring 10 procent, Campo skøn.

"Hvis dit mål er at bruge nanorør til elektroniske kredsløb, for eksempel, eller for fluorescerende anti-cancer billedkontrastmidler, så har du brug for meget større mængder af materialer af ensartet sammensætning og kvalitet, Campo forklarede, som udforskede disse applikationer, mens han lavede postdoktoral forskning ved universitetet i Antwerpen. "Dette særlige behov inspirerede udviklingen af ​​den nye præfyldningsmetode ved at stille spørgsmålet, kan vi putte noget passivt kemikalie ind i nanorøret i stedet for at holde vandet ude."

Fra de allerførste simple eksperimenter, svaret var ja. Og fordelene kan være betydelige. I fluorescenseksperimenter, alkanfyldte nanorør udsendte signaler to til tre gange stærkere end dem, der udsendes af vandfyldte nanorør. Ydeevnen nærmede sig tomme nanorør - guldstandarden for disse sammenligninger.

Lige så vigtigt, den NIST-udviklede præfyldningsstrategi er kontrollerbar, alsidig og let inkorporeret i eksisterende metoder til behandling af enkeltvæggede kulstof nanorør, ifølge forskerne.