Forskere finder ud af, hvordan man 'dyrker' kulstofnanorør med specifikke atomare strukturer

Forskere fra University of California, Berkeley og Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) har udtænkt en teknik til selektivt at dyrke kulstofnanorør med specifikke atomstrukturer kendt som chiraliteter. Dette gennembrud, beskrevet i en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature, fremmer kontrollen og forståelsen af ​​nanorørs egenskaber, som er afgørende for deres praktiske anvendelser inden for nanoelektronik, optik og energiteknologier.

Carbon nanorør er cylindriske strukturer lavet af kulstofatomer arrangeret i et sekskantet gitter. På grund af deres unikke egenskaber, herunder høj elektrisk og termisk ledningsevne, mekanisk styrke og kemisk stabilitet, har nanorør tiltrukket sig betydelig forskningsinteresse for forskellige potentielle anvendelser.

Imidlertid er realiseringen af ​​disse applikationer afhængig af at opnå præcis kontrol over nanorørs atomare struktur, især chiraliteter. Chiralitet refererer til den måde, kulstofatomer snoer sig på, når de vikler sig rundt for at danne et rør, og det påvirker nanorørets elektroniske og optiske egenskaber. Forskere har tidligere observeret mere end 170 forskellige chiraliteter, men det har været en udfordring at kontrollere væksten af ​​specifikke.

For at imødegå denne udfordring udviklede Berkeley Lab-teamet en vækstteknik kaldet "superkritisk væske, kemisk dampaflejring med kontinuerlig tilførsel af opløsning." Denne metode involverer kontinuerlig indføring af en precursoropløsning i en kemisk dampaflejringsreaktor (CVD) under superkritiske forhold - høj temperatur og tryk, der får opløsningen til at opføre sig som en gas.

Den kontinuerlige tilførsel af precursoren sikrer en ensartet tilførsel af kulstofatomer, mens de superkritiske forhold fremmer ensartet vækst af nanorør.

Ved hjælp af denne teknik dyrkede forskerne selektivt single-chirality carbon nanorør med kontrollerede diametre og længder. De viste deres tilgang ved at dyrke nanorør med fem forskellige chiraliteter, hvilket demonstrerede alsidigheden af ​​deres metode. Vækstselektiviteten blev muliggjort ved at finjustere prækursorsammensætningen og vækstbetingelserne.

Ifølge undersøgelsen åbner den selektive vækst af kulstofnanorør nye muligheder for grundlæggende undersøgelser af struktur-egenskabsforhold og for optimering af nanorørs ydeevne i målrettede applikationer. For eksempel viser specifikke chiraliteter lovende for elektroniske enheder, optoelektronik og felteffekttransistorer. Carbon nanorør kan også tjene som grundlag for nanokompositter med skræddersyede mekaniske og elektriske egenskaber.

Ved at mestre evnen til at syntetisere nanorør med specifikke atomare strukturer giver forskerne et væsentligt skridt fremad i at frigøre potentialet i disse nanostørrelsesvidundere til avancerede teknologiske applikationer.