Wetenschappers van Rice University hebben het "ultieme" oplosmiddel gevonden voor alle soorten koolstofnanobuisjes (CNT's), een doorbraak die de creatie van een zeer geleidende kwantum nanodraad steeds dichterbij brengt.

Nanobuisjes hebben de frustrerende gewoonte om te bundelen, waardoor ze minder nuttig zijn dan wanneer ze gescheiden zijn in een oplossing. Rijstwetenschappers onder leiding van Matteo Pasquali, een professor in chemische en biomoleculaire engineering en in de chemie, proberen ze al jaren te ontwarren terwijl ze op zoek zijn naar schaalbare methoden om uitzonderlijk sterke, ultralicht, sterk geleidende materialen die een revolutie teweeg kunnen brengen in de stroomverdeling, zoals de fauteuil quantum wire.

De kwantumdraad van de fauteuil - een macroscopische kabel van goed uitgelijnde metalen nanobuisjes - werd bedacht door wijlen Richard Smalley, een rijstchemicus die de Nobelprijs deelde voor zijn aandeel in het ontdekken van de familie van moleculen die de koolstofnanobuis omvat. Rice viert dit jaar de 25ste verjaardag van die ontdekking.

Pasquali, primaire auteur Nicholas Parra-Vasquez en hun collega's rapporteerden deze maand in het online tijdschrift ACS Nano dat chloorsulfonzuur een halve millimeter lange nanobuisjes in oplossing kan oplossen, een cruciale stap in het spinnen van vezels uit ultralange nanobuisjes.

Huidige methoden om koolstofnanobuisjes op te lossen, waaronder het omringen van de buizen met zeepachtige oppervlakteactieve stoffen, ze dopen met alkalimetalen of kleine chemische groepen aan de zijwanden bevestigen, dispergeren nanobuisjes in relatief lage concentraties. Deze technieken zijn niet ideaal voor het spinnen van vezels omdat ze de eigenschappen van de nanobuisjes aantasten, hetzij door kleine moleculen aan hun oppervlak te hechten of door ze in te korten.

Een paar jaar geleden, ontdekten de Rice-onderzoekers dat chloorsulfonzuur, een "superzuur, " voegt positieve ladingen toe aan het oppervlak van de nanobuisjes zonder ze te beschadigen. Hierdoor scheiden de nanobuisjes spontaan van elkaar in hun natuurlijke gebundelde vorm.

Deze methode is ideaal voor het maken van nanobuisoplossingen voor het spinnen van vezels, omdat er vloeibare dopes worden geproduceerd die sterk lijken op die welke worden gebruikt bij het industrieel spinnen van hoogwaardige vezels. Tot voor kort, de onderzoekers dachten dat deze oplossingsmethode alleen effectief zou zijn voor korte enkelwandige nanobuisjes.

In de nieuwe krant het Rice-team meldde dat de zuuroplossingsmethode ook werkt met elk type koolstofnanobuis, ongeacht lengte en type, zolang de nanobuisjes relatief vrij zijn van defecten.

Parra-Vasquez beschreef het proces als "zeer eenvoudig".

"Alleen al het toevoegen van de nanobuisjes aan chloorsulfonzuur resulteert in oplossing, zonder zelfs maar te mengen, " hij zei.

Terwijl eerder onderzoek zich richtte op enkelwandige koolstofnanobuizen, het team ontdekte dat chloorsulfonzuur ook bedreven is in het oplossen van meerwandige nanobuisjes (MWNT's). "Er zijn veel processen die meerwandige nanobuisjes maken tegen lagere kosten, en er is veel onderzoek naar gedaan, " zei Parra-Vasquez, die vorig jaar zijn Rice-doctoraat behaalde. "We hopen dat dit nieuwe onderzoeksgebieden zal openen."

Ze hebben ook voor het eerst waargenomen dat lange SWNT's, gedispergeerd door superzuur, vloeibare kristallen vormen. "We wisten al dat met kortere nanobuisjes, de vloeibaar-kristallijne fase is heel anders dan traditionele vloeibare kristallen, dus vloeibare kristallen gevormd uit ultralange nanobuisjes zouden interessant moeten zijn om te bestuderen, " hij zei.

Parra-Vásquez, nu een postdoctoraal onderzoeker bij Centre de Physique Moleculaire Optique et Hertzienne, Université de Bordeaux, talent, Frankrijk, kwam in 2002 naar Rice om af te studeren bij Pasquali en Smalley.

Studie co-auteur Micah Green, assistent-professor chemische technologie aan Texas Tech en voormalig postdoctoraal onderzoeker in de onderzoeksgroep van Pasquali, het werken met lange nanobuisjes is de sleutel tot het bereiken van uitzonderlijke eigenschappen in vezels, omdat zowel de mechanische als elektrische eigenschappen afhangen van de lengte van de samenstellende nanobuisjes. Pasquali zei dat het gebruik van lange nanobuisjes in de vezels hun eigenschappen in de orde van één tot twee groottes zou moeten verbeteren, en dat vergelijkbare verbeterde eigenschappen ook worden verwacht in dunne films van koolstofnanobuisjes die worden onderzocht voor flexibele elektronische toepassingen.

Een onmiddellijk doel voor onderzoekers, Parra-Vasquez zei:zal zijn om "grote hoeveelheden ultralange enkelwandige nanobuisjes met lage defecten te vinden -- en dan die vezel te maken waar we van dromen sinds ik bij Rice aankwam, een droom die Rick Smalley had en die we sindsdien allemaal hebben gedeeld."