Koolstof nanobuisjes -- lang, holle cilinders van koolstof miljardsten van een meter in diameter -- hebben veel potentiële toepassingen in nanotechnologie, optiek, elektronica, en vele andere velden. De exacte eigenschappen van nanobuisjes zijn afhankelijk van hun structuur, en wetenschappers hebben nog weinig controle over die structuur, die wordt bepaald tijdens de initiële vorming - of groei - van de nanobuisjes. In feite, zegt chemisch ingenieur en materiaalwetenschapper Eray Aydil van de Universiteit van Minnesota, "we weten niet precies hoe de nanobuisjes groeien."

In een artikel in het Journal of Applied Physics van het American Institute of Physics, Aydil, hoogleraar chemische technologie en materiaalkunde en de Ronald L. en Janet A. Christenson-leerstoel in hernieuwbare energie, en zijn collega's werpen nieuw licht op het proces. Vooral, de onderzoekers onderzochten de invloed van waterstofgas.

"Koolstofnanobuisjes groeien uit een metalen katalysatordeeltje dat is ondergedompeld in een gas zoals methaan, Aydil legt uit. "Soms wordt ook waterstofgas toegevoegd en bleek dat een klein beetje waterstof helpt om koolstofnanobuisjes te laten groeien met mooie rechte wanden en met weinig defecten. Echter, te veel waterstoftoevoeging geeft vezels met dikke wanden, in plaats van nanobuisjes, of helemaal geen groei."

Om te begrijpen waarom, Aydil en collega's gebruikten transmissie-elektronenmicroscopie en andere methoden om de effecten van toenemende waterstofconcentraties systematisch in beeld te brengen en te karakteriseren. "Het blijkt dat de ijzermetaalkatalysatoren in ijzercarbide veranderen door te reageren met de koolstof in methaan. IJzercarbide is een hard materiaal dat niet gemakkelijk vervormt, en koolstofnanobuisjes die uit dergelijke katalysatoren zijn gegroeid, hebben meestal mooie rechte wanden, " hij zegt.

Door meer waterstof aan het mengsel toe te voegen, verandert ijzercarbide in ijzer, dat kneedbaarder en kneedbaarder is. en "vervormt tot vormen die aanleiding geven tot meer vezelachtige structuren in plaats van holle koolstofnanobuizen, "zegt hij. Bij hogere concentraties, waterstof etst de vormende koolstofnanobuizen, "en de groei stopt allemaal tegelijk. Het is de interactie van de waterstof met de katalysatoren en het effect ervan op de structuur van de katalysator die de structuur van koolstofnanobuisjes regelt."