Koolstof nanovezels zijn veelbelovend voor technologieën variërend van medische beeldvormingsapparatuur tot nauwkeurige wetenschappelijke meetinstrumenten, maar de tijd en kosten die gepaard gaan met het uniform maken van nanovezels van de juiste grootte, vormden tot nu toe een obstakel. Een nieuwe studie van de North Carolina State University demonstreert een verbeterde methode voor het maken van koolstofnanovezels van specifieke afmetingen, evenals het uitleggen van de wetenschap achter de methode.

"Koolstof nanovezels hebben tal van potentiële toepassingen, maar hun bruikbaarheid wordt beïnvloed door hun diameter - en het beheersen van de diameter van nanovezels was van oudsher duur en tijdrovend, " zegt dr. Anatoli Melechko, een universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering bij NC State en co-auteur van een paper waarin de studie wordt beschreven.

specifiek, de onderzoekers hebben aangetoond dat nikkel-nanodeeltjes bedekt met een ligand-omhulsel kunnen worden gebruikt om koolstof-nanovezels te laten groeien met een uniforme diameter. Liganden zijn kleine organische moleculen met functionele groepen (delen van het molecuul) die direct aan metalen binden. Nikkel nanodeeltjes zijn van bijzonder belang omdat ze bij hoge temperaturen kunnen dienen als katalysator voor het kweken van koolstof nanovezels.

"Wat we hebben geleerd is dat de ligandschil, die is samengesteld uit trioctylfosfine, ondergaat chemische veranderingen bij hoge temperaturen en verandert geleidelijk in een grafietachtige schaal, " zegt dr. Joe Tracy, een co-auteur van het papier en assistent-professor materiaalwetenschap en techniek bij NC State. "Deze 'grafitische' omhulsels voorkomen dat de nikkelnanodeeltjes samenklonteren bij verhoogde temperaturen, dat is een probleem voor toepassingen bij hoge temperaturen met nanodeeltjes."

Het gebruik van nanodeeltjes om nanovezels te laten groeien is nuttig, omdat de vezels meestal dezelfde diameter hebben als de nanodeeltjes waaruit ze groeien. Als u nanovezels nodig heeft met een diameter van 20 nanometer (nm), je zou gewoon nanodeeltjes met een diameter van 20 nm als katalysator gebruiken.

"Daarom is het belangrijk om de diameter van de nanodeeltjes te controleren. Als ze bij hoge temperaturen beginnen te klonteren, uiteindelijk kweek je nanovezels van veel verschillende, grotere maten, Melechko zegt. "Dit onderzoek geeft ons een beter fundamenteel begrip van de relatie tussen nikkel-nanodeeltjes, liganden en koolstof-nanovezelsynthese."

Het gebruik van nanodeeltjes om nanovezels te laten groeien heeft nog een ander voordeel:het stelt je in staat om te bepalen waar de nanovezels groeien en hoe ze zijn gerangschikt. Als je de nanovezels nodig hebt om in een specifiek patroon te groeien, je zou de nanodeeltjes in dat patroon rangschikken voordat je de vezels laat groeien.