Forskere dyrker kulstof nanorørskov meget længere end nogen anden

I dag, en lang række industrier, inklusive optik, elektronik, vandrensning, og medicinafgivelse, innovere i en hidtil uset skala med nanometer-brede ruller af honeycomb-formede grafitplader kaldet carbon nanorør (CNT'er). Funktioner såsom let vægt, praktisk struktur, enorm mekanisk styrke, overlegen termisk og elektrisk ledningsevne, og stabilitet sætter CNT'er et hak over andre materialealternativer. Imidlertid, at dække deres stigende industrielle efterspørgsel, deres produktion skal konstant skaleres op, og deri ligger hovedudfordringen ved at bruge CNT'er.

Mens forskere har været i stand til at dyrke individuelle CNT'er med en længde på cirka 50 cm, når de forsøger arrays, eller skove, de rammer et loft på omkring 2 cm. Dette skyldes, at katalysatoren, som er nøglen til CNT-vækst, deaktiverer og/eller løber tør, før CNT'er i en skov kan vokse længere, øger penge- og råvareomkostninger ved CNT-produktion og truer med at begrænse dets industrielle brug.

Nu, en loftsbrydende strategi er blevet udtænkt af et hold af videnskabsmænd fra Japan. I deres undersøgelse offentliggjort i Kulstof , holdet præsenterer en ny tilgang til en konventionel teknik, der giver CNT-skove med rekordlængde:~14 cm - syv gange større end det tidligere maksimum. Hisashi Sugime, Adjunkt ved Waseda University, hvem ledede holdet, forklarer, "I den konventionelle teknik, CNT'erne holder op med at vokse på grund af en gradvis strukturel ændring i katalysatoren, så vi fokuserede på at udvikle en ny teknik, der undertrykker denne strukturelle ændring og tillader CNT'erne at vokse i en længere periode."

Holdet skabte en katalysator baseret på deres resultater i en tidligere undersøgelse til at begynde med. De tilføjede et gadolinium (Gd) lag til det konventionelle jern-aluminiumoxid (Fe/Al) ₂ O _x katalysator coatet på et silicium (Si) substrat. Dette Gd-lag forhindrede til en vis grad forringelsen af ​​katalysatoren, så skoven kan vokse op til omkring 5 cm i længden.

For yderligere at forhindre katalysatorforringelse, holdet placerede katalysatoren i deres oprindelige kammer kaldet kold-gas kemisk dampaflejring (CVD) kammer. der, de opvarmede det til 750°C og forsynede det med små koncentrationer (parts-per-million) af stuetemperatur Fe- og Al-dampe.

Dette holdt katalysatoren i gang i 26 timer, i hvilken tid en tæt CNT-skov kunne vokse til 14 cm. Forskellige analyser for at karakterisere de dyrkede CNT'er viste, at de var af høj renhed og konkurrencedygtighed.

Denne præstation overvinder ikke kun forhindringer for den udbredte industrielle anvendelse af CNT'er, men den åbner døre inden for nanovidenskabelig forskning. "Denne enkle, men nye metode, der drastisk forlænger katalysatorens levetid ved at levere dampkilder på ppm-niveau, er indsigtsfuld for katalysatorteknologi på andre områder såsom petrokemi og nanomateriale krystalvækst, "Siger Sugime. "Viden heri kan være afgørende for at gøre nanomaterialer til en allestedsnærværende virkelighed."