Als je met het blote oog naar een koolstofnanobuis zou kijken, zou je niet veel meer zien dan zwart poeder, maar nu heeft een team van door de EU gefinancierde wetenschappers een nieuwe manier ontwikkeld om deze multifunctionele bouwstenen voor nanotechnologie zichtbaarder te maken.

Koolstofnanobuizen zijn structuren die lijken op veel honingraatvormige zeshoeken die allemaal zijn opgerold tot een naadloze cilindrische buis. Het is moeilijk om ze licht te laten uitstralen omdat ze uitstekende elektrische geleiders zijn en de energie opvangen van andere lichtgevende chemische soorten die in de buurt zijn geplaatst.

Maar nu heeft het pan-Europese team manieren bedacht om gebruik te maken van het relatief grote oppervlak van de koolstofnanobuisjes, waardoor vele andere moleculen, inclusief die welke licht kunnen uitstralen, om zich eraan te hechten. Deze moleculen hebben de vorm van chemicaliën die rood licht kunnen weergeven.

Als onderdeel van een EU-project, onderzoekers uit België, Frankrijk, Duitsland, Hongarije, Italië en Polen hebben luminescente materialen voorbereid en gekarakteriseerd waarin geschikt ontworpen organische en anorganische luminoforen zijn ingekapseld in nanocontainers (d.w.z. koolstofnanobuizen en coördinatiekooien) waarin ze hun emissie-output kunnen behouden en zelfs verbeteren.

Het uiteindelijke doel van het project is het creëren van een bibliotheek van luminescente modules die in de VIS-NIR-regio uitzenden voor het produceren van superieure functionele hybride materialen. De afstembaarheid van de emissiekleur wordt bepaald door de emitterende gast, terwijl de veelzijdigheid in de uiteindelijke toepassing wordt gecontroleerd via op maat gemaakte chemische functionalisering van de gastheer.

"We nemen deel aan het project als een onderzoeksgroep die gespecialiseerd is in onderzoeken naar lanthanideverbindingen. We hebben besloten hun hoge lichtgevende eigenschappen te combineren met uitstekende mechanische en elektrische eigenschappen van nanobuisjes, " zegt professor Marek Pietraszkiewicz van het Instituut voor Fysische Chemie van de Poolse Academie van Wetenschappen (IPC PAS) in Warschau, een van de FINELUMEN-consortiumpartners.

Echter, het team ontdekte dat het niet alleen een kwestie was van plakken op deze lichtemitterende moleculen, zoals onderzoeker Valentina Utochnikova van IPC PAS uitlegt:
"Bevestiging van lichtemitterende complexen direct aan de nanobuis is, echter, niet gunstig, omdat de laatste als een zwarte absorber, zou de luminescentie sterk uitdoven."

Om deze ongewenste lichtabsorptie tegen te gaan, het team onderwierp de koolstofnanobuisjes eerst aan een thermische reactie bij 140 tot 160 graden Celsius in een oplossing van ionische vloeistof gemodificeerd met een terminale azido-functie. De reactie levert nanobuisjes op die bedekt zijn met moleculen die als anker-schakels fungeren. Aan de ene kant, de ankers zijn bevestigd aan het oppervlak van de nanobuis, en aan de andere kant kunnen ze moleculen hechten die zichtbaar licht kunnen weergeven. De vrije terminal van elke link draagt ​​een positieve lading.

Dus geprepareerde nanobuisjes worden vervolgens overgebracht naar een andere oplossing die een negatief geladen lanthanidecomplex bevat -- tetrakis-(4, 4, 4-trifluor-1-(2-naftyl-1, 3-butaandionato)europium.

"Lanthanideverbindingen bevatten elementen uit de VI-groep van het periodiek systeem en zijn zeer aantrekkelijk voor fotonica, omdat ze worden gekenmerkt door een hoge kwantumopbrengst van luminescentie en een hoge kleurzuiverheid van het uitgestraalde licht, ", zegt Valentina Utochnikova.

Na oplossen in oplossing, negatief geladen europiumcomplexen worden spontaan gevangen door positief geladen vrije uiteinden van ankers die aan nanobuisjes zijn bevestigd als gevolg van elektrostatische interactie. Vervolgens, elke nanobuis is duurzaam gecoat met moleculen die zichtbaar licht kunnen uitzenden. Zodra de reactie is voltooid, worden de gemodificeerde nanobuisjes gewassen en gedroogd.

Het eindresultaat is een roetpoeder dat bij blootstelling aan UV-straling rood licht uitstraalt dankzij de lanthanidecomplexen die aan de koolstofnanobuisjes zijn verankerd.

Door deze materialen zo veelzijdig mogelijk te maken, is er een enorm potentieel voor hun toegenomen gebruik in bio-imaging, opto-elektronische apparaten en sensoren.