(Phys.org) —Een enkelwandige koolstofnanobuis groeit vanaf de ronde dop naar beneden, dus het is logisch om te denken dat de vorming van de dop bepaalt wat er volgt. Maar volgens onderzoekers van Rice University, dat is niet helemaal zo.

Theoretisch fysicus Boris Yakobson en zijn Rice-collega's ontdekten door grondige analyse dat degenen die de chiraliteit van nanobuisjes willen controleren - het kenmerk dat hun elektrische eigenschappen bepaalt - er verstandig aan zouden doen om naar andere aspecten van hun groei te kijken.

In de studie van Yakobson, onderzoekswetenschapper Evgeni Penev en postdoctoraal onderzoeker Vasilli Artyukhov dat onlangs werd gepubliceerd door het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano , de Rice-onderzoekers ontdekten dat de elastische energielandschappen die betrokken zijn bij de vorming van de kap niet sterk genoeg zijn om de chiraliteit van de nanobuis te dicteren.

Om een ​​duidelijk beeld te krijgen van hoe caps verband houden met de chiraliteit van nanobuisjes, begon de Rice-groep aan een gedetailleerd, tweejarige volkstelling van de 4, 500 mogelijke kapformaties voor nanobuisjes van slechts twee diameters, 0,8 en 1 nanometer, over 21 chiraliteiten.

De dop van elke nanobuis heeft zes vijfhoeken - die elkaar niet mogen raken - tussen een reeks zeshoeken, zei Penev. Ze trekken aan de dop en dwingen hem te buigen, maar hun posities zijn niet altijd hetzelfde van dop tot dop.

Maar omdat een gegeven chiraliteit honderden mogelijke limieten kan hebben, de bepalende factor voor chiraliteit moet ergens anders liggen, vonden de onderzoekers. "De bijdrage van de dop is de elastische krommingsenergie, en dan vergeet je het gewoon ' zei Penev.

"Er zijn verschillende factoren die een rol kunnen spelen, " zei Yakobson. "Een daarvan is het energiegedeelte dat wordt gedicteerd door de katalysator; een andere kan de energie van de doppen op zich zijn. Dus om het grote plaatje te krijgen, we pakken de energie van de caps aan en sluiten het in principe uit als een factor bij het bepalen van chiraliteit."

Een nanobuis is een atoomdikke laag koolstofatomen die in zeshoeken is gerangschikt en tot een buis is opgerold. Chiraliteit verwijst naar de oriëntatie van de zeshoeken, en die hoek bepaalt hoe goed de nanobuis elektriciteit zal geleiden.

Een perfect geleidende metalen nanobuis zou de atomen hebben gerangschikt in "leunstoelen, " zogenaamd omdat het doormidden snijden van de nanobuis de bovenkant eruit zou zien als een reeks putjes met atomen voor armleuningen. Draai de zeshoeken 30 graden, Hoewel, zal een halfgeleidende "zigzag" nanobuis maken. Nanobuisjes kunnen het een of het ander zijn, of de chirale hoek kan alles daar tussenin zijn, met een wisselend bereik van elektrische eigenschappen.

Het was een strijd om de controle over deze eigendommen te krijgen. Ideaal, wetenschappers kunnen de specifieke soorten nanobuisjes kweken die ze nodig hebben voor een toepassing, maar in werkelijkheid, ze groeien als een willekeurig assortiment dat vervolgens moet worden gescheiden met een centrifuge of op een andere manier.

Yakobson vermoedt dat het antwoord ligt in het afstemmen van de interactie tussen de katalysator en de rand van de nanobuis. "Deze studie toonde aan dat de energie die betrokken is bij het configureren van de dop redelijk vlak is, " zei hij. "Dat is belangrijk om te weten, omdat het ons in staat stelt om aan andere factoren te blijven werken."