(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van Imperial College London hebben een veelzijdige, praktische en efficiënte methode om sites op het oppervlak van koolstofnanobuisjes (CNT's) te activeren en er vervolgens een breed scala aan moleculen aan te binden. Deze nieuwe methode zal grootschalige productie van gemodificeerde CNT's mogelijk maken.

De nieuwe methode, meldde deze maand in het journaal Chemische Wetenschappen , overwint een grote hindernis bij de ontwikkeling van toepassingen op industriële schaal voor CNT's. Het biedt fabrikanten een methode die, in principe, kan worden gebruikt om de oppervlaktechemie van de onderliggende nanobuisstructuur te wijzigen, op grote schaal. Oppervlaktemodificatie kan nieuwe eigenschappen opleveren of volgende bewerkingsstappen mogelijk maken:bijvoorbeeld moleculen die op de CNT's zijn geënt, kunnen katalytische activiteit introduceren of compatibiliteit bieden met bepaalde oplosmiddelen.

Onze aanpak is mogelijk een zeer belangrijke stap in de richting van de productie van koolstofnanobuisjes met specifieke chemische eigenschappen, zogenaamde functionalisering, op industriële schaal, " zei professor Milo Shaffer, hoofdauteur van de studie van het Department Chemistry aan het Imperial College London. "Onze methode is uiterst praktisch omdat, in principe, het kan bestaande infrastructuur exploiteren en toch blijft het uiterst veelzijdig; het enorme aantal moleculen dat aan de CNT's kan worden gebonden, maakt de technologie aanpasbaar aan bijna elke toepassing."

"Onze techniek is intrinsiek schaalbaar en, Voor de eerste keer, het moet haalbaar zijn om CNT's te functionaliseren op dezelfde schaal als ze worden geproduceerd. Deze verandering is significant aangezien de huidige capaciteit van de industrie om CNT's te produceren honderden is, zo niet duizenden, keer groter dan zijn capaciteit om complexe oppervlaktechemie toe te voegen. Deze techniek zou de beschikbaarheid van gefunctionaliseerde CNT's moeten vergroten, nieuwe toepassingen mogelijk maken waarvoor massaproductie nodig is, en daarmee de groei van de markt te versterken, ’ voegde professor Shaffer toe.

De methode die professor Shaffer en zijn collega's hebben ontwikkeld, moet ervoor zorgen dat CNT's gemakkelijk kunnen worden aangepast aan mogelijke toepassingen zoals sensornetwerken, filters, elektroden voor elektrochemische apparaten, geavanceerde katalysatoren en om de CNT-compatibiliteit te verbeteren in, bijvoorbeeld, composiet materialen, oplosmiddelen, en elektrolyten.

De belangrijkste stap in de nieuwe methode is het activeren van CNT's bij hoge temperaturen onder een inerte atmosfeer of vacuüm. De behandeling bij hoge temperatuur stimuleert de desorptie van oppervlakteoxiden op het CNT-oppervlak, het produceren van reactieve radicalen die vervolgens een breed scala aan functionele moleculen kunnen binden om de fysisch-chemische eigenschappen van CNT te wijzigen. De radicalen kunnen ook de polymerisatie van monomeren initiëren, zodat oligomeren van functionele moleculen aan CNT's zijn gebonden. De behandeling veroorzaakt geen significante schade aan de CNT-structuur, omdat de oppervlaktesites die het activeert al aanwezig zijn op nanobuisjes die zijn vervaardigd met behulp van standaard industriële methoden. Het aantal reactieve sites, en daarmee de mate van functionalisering, kan worden verhoogd door extra oxidatiestappen.

Het team van professor Shaffer heeft aangetoond dat de functionele moleculen gebonden zijn aan, en gelijkmatig verdeeld over het oppervlak van de CNT's. Terwijl de moleculen bij relatief lage dichtheden gebonden zijn, de mate van functionalisering is voldoende om voordelen te bieden in industriële toepassingen. Het team heeft de aanhechting van katalytische metaaldeeltjes al aangetoond, verbeterde oplosbaarheden, en verbeterde bevochtiging met polymeermatrices.

Professor Shaffer zei:"De warmtebehandeling om CNT's te activeren is compatibel met sommige bestaande productietechnologieën en kan gemakkelijk worden toegepast om met andere samen te werken. Waar de toe te voegen functionele moleculen vluchtig zijn, de methode kan in de gasfase worden uitgevoerd zonder dat er oplosmiddelen nodig zijn, in elk stadium. De afwezigheid van oplosmiddel vereenvoudigt de zuivering van de gefunctionaliseerde CNT's en, omdat veel oplosmiddelen die worden gebruikt in natte activeringsmethoden bijtend en giftig zijn, deze optie heeft voordelen voor het milieu en de gevarenbeheersing. Het heeft ook het voordeel dat het minder schadelijk is, minder verspillend, en minder tijdrovend dan bestaande methoden."