Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een nieuwe manier gevonden om rechte koolstofnanovezels op een transparant substraat te ontwikkelen. Het kweken van dergelijke nanovezelcoatings is belangrijk voor gebruik in nieuwe biomedische onderzoekstools, zonnepanelen, waterafstotende coatings en andere. De techniek maakt gebruik van een geladen chroomraster, en vertrouwt op ionen om ervoor te zorgen dat de nanovezels recht zijn, in plaats van curling - wat hun bruikbaarheid beperkt.

"Dit is de eerste keer, waarvan ik weet, waar iemand rechte koolstof nanovezels heeft kunnen kweken op een helder substraat, " zegt dr. Anatoli Melechko, een universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering bij NC State en co-auteur van een paper waarin het onderzoek wordt beschreven. "Dergelijke nanovezels kunnen worden gebruikt als hulpmiddelen voor het afleveren van genen. En een transparant substraat stelt onderzoekers in staat om te zien hoe de nanovezels interageren met cellen, en om deze interactie te manipuleren."

specifiek, de nanovezels kunnen worden gecoat met genetisch materiaal en vervolgens in de kern van een cel worden ingebracht - bijvoorbeeld, gentherapieonderzoek te vergemakkelijken. Het transparante substraat verbetert de zichtbaarheid doordat onderzoekers er licht doorheen kunnen schijnen, het creëren van een beter contrast en het gemakkelijker maken om te zien wat er aan de hand is.

De onderzoekers ontdekten ook dat ionen een sleutelrol spelen om ervoor te zorgen dat de koolstofnanovezels recht zijn. Om die rol te begrijpen, je moet weten hoe de techniek werkt.

De nanovezels worden gemaakt door nikkel nanodeeltjes gelijkmatig te verdelen over een substraat van gesmolten silicium (dit is puur siliciumdioxide). Het substraat wordt vervolgens bedekt met een fijn raster van chroom, die dienst doet als elektrode. Het substraat en het rooster worden vervolgens in een kamer op 700 graden Celsius geplaatst, die vervolgens wordt gevuld met acetyleen en ammoniakgas. Het chromen rooster is een negatief geladen elektrode, en de bovenkant van de kamer bevat een positief geladen elektrode.

Elektrische spanning wordt vervolgens toegepast op de twee elektroden, het creëren van een elektrisch veld in de kamer dat de atomen in het acetyleen- en ammoniakgas opwekt. Sommige elektronen in deze atomen breken af, het creëren van vrije elektronen en positief geladen atomen, ionen genaamd. De vrije elektronen versnellen rond de kamer, nog meer elektronen los te kloppen. De positief geladen ionen worden naar het negatief geladen rooster op de bodem van de kamer getrokken.

In de tussentijd, de nikkel nanodeeltjes dienen als katalysatoren, reageren met de koolstof in het acetyleengas (C ₂ H ₂ ) om grafiet-koolstof nanovezels te maken. De katalysator rijdt op de punt van de nanovezel die zich eronder vormt, als een snelgroeiende pijler. De term grafiet betekent dat de nanovezels koolstofatomen hebben die zijn gerangschikt in een hexagonale structuur - zoals grafiet.

Een probleem met groeiende koolstofnanovezels is dat het oppervlak van de katalysator verstopt kan raken door een koolstoffilm die de katalytische werking blokkeert. verdere groei van nanovezels te voorkomen. Hier komen die ionen binnen.

De ionen die naar het chroomraster worden getrokken, bewegen zeer snel, en ze kiezen de kortst mogelijke route om het negatief geladen metaal te bereiken. In hun haast om de grid te bereiken, de ionen botsen vaak met de nikkelkatalysatoren, het overtollige koolstof afstoten - en verdere groei van nanovezels mogelijk maken.

Omdat de ionen naar het chroomraster worden getrokken, de hoek waaronder ze de katalysator raken hangt af van waar de katalysator zich bevindt ten opzichte van het rooster. Bijvoorbeeld, als je naar het raster kijkt, een katalysator net rechts van het rooster lijkt naar rechts te leunen - omdat ionen de rechterkant van de katalysator zouden hebben geraakt in een poging het rooster te bereiken. Deze nanovezels zijn nog steeds recht - ze krullen niet op - ze leunen gewoon in één richting. Het grootste deel van de nanovezels, echter, zijn zowel recht als verticaal uitgelijnd.

"Deze bevinding geeft ons de mogelijkheid om nieuwe reactoren te maken voor het maken van nanovezels, bouwen in het chroomraster, ' zegt Melechko.