(Phys.org) —Onderzoekers van de North Carolina State University hebben aangetoond dat verticaal uitgelijnde koolstofnanovezels (VACNF's) kunnen worden vervaardigd met behulp van omgevingslucht, waardoor het productieproces veiliger en goedkoper wordt. VACNF's zijn veelbelovend voor gebruik in hulpmiddelen voor het afleveren van genen, sensoren, batterijen en andere technologieën.

Conventionele technieken voor het maken van VACNF's zijn afhankelijk van het gebruik van ammoniakgas, wat giftig is. En hoewel ammoniakgas niet duur is, het is niet gratis.

"Deze ontdekking maakt de fabricage van VACNF veiliger en goedkoper, omdat u geen rekening hoeft te houden met de risico's en kosten van ammoniakgas, " zegt dr. Anatoli Melechko, een adjunct universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek bij NC State en senior auteur van een paper over het werk. "Dit verhoogt ook de mogelijkheid om VACNF's op veel grotere schaal te laten groeien."

In de meest gebruikelijke methode voor de vervaardiging van VACNF, een substraat bedekt met nikkel nanodeeltjes wordt in een vacuümkamer geplaatst en verwarmd tot 700 graden Celsius. De kamer wordt vervolgens gevuld met ammoniakgas en acetyleen- of acetongas, die koolstof bevatten. Wanneer een spanning wordt aangelegd op het substraat en een overeenkomstige anode in de kamer, het gas is geïoniseerd. Hierdoor ontstaat plasma dat de groei van nanovezels stuurt. De nikkel nanodeeltjes vrije koolstofatomen, die VACNF's beginnen te vormen onder de nanodeeltjes van de nikkelkatalysator. Echter, als zich teveel koolstof op de nanodeeltjes vormt, kan het zich opstapelen en de doorgang van koolstofatomen naar de groeiende nanovezels verstoppen.

De rol van ammoniak in dit proces is om te voorkomen dat koolstof een korst vormt op de nanodeeltjes, die de vorming van VACNF's zou voorkomen.

"We dachten niet dat we VACNF's konden kweken zonder ammoniak of waterstofgas, ' zegt Melechko. Maar hij probeerde het toch.

Melechko's team probeerde de conventionele vacuümtechniek, met behulp van acetongas. Echter, ze vervingen het ammoniakgas door omgevingslucht - en het werkte. De grootte, vorm en uitlijning van de VACNF's waren consistent met de VACNF's geproduceerd met behulp van conventionele technieken.

"We hebben dit gedaan met de vacuümtechniek zonder ammoniak, ", zegt Melechko. "Maar het creëert de theoretische mogelijkheid om VACNF's te kweken zonder een vacuümkamer. Als dat kan, je zou in staat zijn om VACNF's op een veel grotere schaal te creëren."

Melechko benadrukt ook de rol van twee middelbare scholieren die bij het werk betrokken zijn:A. Kodumagulla en V. Varanasi, die de hoofdauteurs van het artikel zijn. "Deze ontdekking zou niet zijn gebeurd zonder hun benadering van het probleem, die vrij was van vooroordelen, " zegt Melechko. "Ik denk dat ze toekomstige materiaalingenieurs zijn."

De krant, "Aerosynthese:groei van verticaal uitgelijnde koolstofnanovezels met Air DC Plasma, " wordt online gepubliceerd in Nanomaterialen en nanotechnologie .