Undersøgelse fremskynder betydeligt tilpasningen af ​​enkeltvægs carbon nanorør langs den fælles akse

En forsker fra University of Wyoming og hans team har vist, for første gang, evnen til globalt at justere enkeltvæggede kulstofnanorør langs en fælles akse. Denne opdagelse kan være værdifuld inden for mange teknologiområder, såsom elektronik, optik, kompositmaterialer, nanoteknologi og andre anvendelser af materialevidenskab.

"I modsætning til tidligere bestræbelser på at justere nanorør ved hjælp af filtrering af nanorørløsninger, vi skabte et automatiseret system, der kunne oprette flere justerede film på én gang, "siger William Rice, en adjunkt i UW's Institut for Fysik og Astronomi. "Automatisering af filtreringssystemet havde også den effekt, at vi præcist kunne kontrollere filtreringsstrømningshastigheden, hvilket gav højere tilpasning."

Rice var tilsvarende forfatter til et papir, med titlen "Global Alignment of Solution-Based, Single-Wall Carbon Nanorør-film via Machine-Vision-styret filtrering, " som udkom 9. oktober i den trykte version af Nano bogstaver , et internationalt tidsskrift, der rapporterer om grundlæggende og anvendt forskning inden for alle grene af nanovidenskab og nanoteknologi. En online version af papiret dukkede op i sidste måned.

Joshua Walker, et tredje års fysik ph.d. studerende fra Cheyenne, var avisens hovedforfatter. Valerie Kuehl, et tredje års ph.d. kemistuderende fra Beulah, Colo., var en medvirkende forfatter til avisen.

Enkeltvæggede kulstof nanorør er endimensionelle krystaller dannet ved at pakke et enkelt lag grafit, ofte kaldet grafen, ind i en nanoskopisk cylinder. De er 0,5 til 1,5 nanometer i diameter og spænder fra 200 til 10, 000 nanometer i længden. En nanometer er en milliarddel af en meter.

På grund af denne unikke geometri, kulstof nanorør kan enten være metaller eller halvledere, afhængig af hvordan grafen er pakket ind, Rice forklarer. Carbon nanorør kan udvise bemærkelsesværdig elektrisk ledningsevne, og de besidder enestående trækstyrke og termisk ledningsevne.

"Justerede kulstofnanorør har potentialet til at fungere som fremragende optiske polarisatorer, som er vigtige for optisk bestemmelse af tøjning i materialer. For eksempel, hvis du ser på din forrude med polariserede briller, du kan se områder med forskellige belastninger i glasset, " siger Rice. "Seneste arbejde fra andre grupper tyder også på, at justerede nanorør kan bruges som transistorer, polariserede lysgivere og retningsbestemte køleplader. Håbet er, at en ny generation af kulstofelektronik kan indledes med brugen af ​​kulstofnanorør, grafen og ledige stillinger i diamanter."

I løbet af det sidste årti, der er gjort betydelige fremskridt i den kemiske kontrol af enkeltvæggede kulstofnanorør. Rice og hans team brugte machine-vision automatisering og parallelisering til samtidig at producere globalt tilpasset, enkeltvæggede kulstof nanorør ved hjælp af trykdrevet filtrering. Feedbackkontrol gør det muligt at filtrere med en konstant strømningshastighed, som ikke kun forbedrer den nematiske rækkefølge af de enkeltvæggede kulstofnanorør, men giver også mulighed for at justere en bred vifte af enkeltvæggede kulstof nanorørtyper og på en række forskellige nanoporøse membraner ved hjælp af de samme filtreringsparametre.

Derudover Rice siger, at hans forskerhold fladede menisken af ​​nanorøropløsningen i glastragten ved hjælp af en behandlingsproces kaldet silanisering. Dette forhindrede nanorørene i at blive forvrænget af en ujævn opløsningsfront, da nanorørene blev filtreret. Disse to fremskridt producerer nanorørfilm, der udviser fremragende justering på tværs af hele strukturen, som blev målt ved hjælp af en række polariserede optiske teknikker.

"Carbon nanorør er et betydeligt materialesystem på grund af deres imponerende fysiske egenskaber, såsom ekstremt høj varmeledningsevne; en Youngs modul meget større end stål; strømbærende kapacitet tusind gange kobbers; og fremragende lys-stof kobling, " han siger.

Et Youngs modul er forholdet mellem spændingen (kraft pr. arealenhed) og tøjningen (procentvis ændring i de fysiske dimensioner) i et materiale, siger Rice. Plast, gummi og træ har lave Youngs moduli, mens stål, diamant og nanorør har høje Youngs moduli.