(Phys.org) —Op koolstof gebaseerde nanomaterialen hebben unieke eigenschappen waardoor ze bruikbaar zijn voor veel technische toepassingen, inclusief lichtgewicht constructie, elektronica, energieopwekking, omgevingstechnologie, en geneeskunde. In het journaal Angewandte Chemie , een internationaal team van onderzoekers heeft nu een nieuw proces geïntroduceerd voor de productie van bijzonder fijne koolstofnanodraden uit koolstof in de diamantconfiguratie. In dit proces, moleculen met een diamantachtige structuur zijn met elkaar verbonden in een koolstofnanobuis.

Koolstof komt in verschillende configuraties voor. Grafiet en diamant zijn al lang bekend. Terwijl grafiet bestaat uit tweedimensionale, honingraatachtige platen van koolstof, diamanten zijn driedimensionaal, kooiachtige structuren bestaande uit gebobbelde zes-koolstofringen. Er zijn ook verschillende nieuwe nanoconfiguraties ontdekt:fullerenen, koolstof nanobuisjes, grafeen (grafietmonolagen), nanodiamanten, en diamantoïden. Diamondoids zijn eigenlijk cycloalkaanmoleculen met een skelet van koolstof geconfigureerd in "kooien", zoals diamant. Ze kunnen worden gezien als miniatuurdiamanten met waterstofatomen gebonden aan hun buitenoppervlak.

Nanodraden zijn nodig voor veel toepassingen op nanoschaal. Er zijn verschillende soorten nanodraad geproduceerd, waaronder enkele met een diameter van ongeveer 50 tot 100 nm, gemaakt van koolstof in de diamantconfiguratie. Een team van onderzoekers uit Japan, China, Duitsland, en de VS wilden de afmetingen van nanodraden verder terugbrengen in het sub-nanometerbereik. Zulke kleine draadjes kunnen van pas komen in de toppen van scanning tunneling microscopen, Dit zijn apparaten die kunnen worden gebruikt om de topologie van een oppervlak te scannen om afbeeldingen met een extreem hoge resolutie te produceren.

Onderzoekers onder leiding van Hisanori Shinohara van de Universiteit van Nagoya (Japan) kwamen op het idee om diamandoïden samen te smelten tot langere, superfijne draden. Om dit te laten werken moesten ze hun toevlucht nemen tot een truc:koolstof nanobuis "mallen". Voor hun uitgangsmateriaal de wetenschappers kozen voor diadamantaan, een diamantoïde gemaakt van twee diamantachtige kooien. Ze bevestigden een koolzuurgroep aan elk uiteinde van deze moleculen. De moleculen worden overgebracht naar de gasfase voor de syntheseprocedure. Ze worden door capillaire werking in de kleine koolstofnanobuisjes gezogen. De beste nanobuisvormen bleken die te zijn met een binnendiameter van ongeveer 1,3 nm. Binnen de nanobuisjes, de diamantoïden staan ​​op een rij als een parelsnoer. Door deze onder een waterstofatmosfeer te verhitten tot ongeveer 600 °C ontstaat er een polymerisatie/fusiereactie waarbij de individuele diamandoïde moleculen zich via hun koolzuurgroepen verbinden tot een lange "draad" met een diameter van ongeveer 0,78 nm. De kooiachtige structuur blijft behouden.

Door gebruik te maken van theoretische berekeningen en verschillende analytische technieken, de wetenschappers konden aantonen dat de koolstof in de draden inderdaad in een diamantachtige structuur zit.

Momenteel, de wetenschappers werken een ultrasone extractietechniek uit om de nanodraden uit de omringende koolstofnanobuisjes vrij te maken.