(Phys.org) -Koolstofnanobuisjes die zijn "uitgepakt" in grafeen nanoribbons door een chemisch proces dat is uitgevonden aan de Rice University, worden gebruikt in allerlei projecten, maar Rice-wetenschappers hebben nu een chemicaliënvrije manier gevonden om ze uit te pakken.

Het Rice-lab van materiaalwetenschapper Pulickel Ajayan ontdekte dat nanobuisjes die een doel raken eerst veranderen in veelal rafelige klompjes atomen. Maar nanobuisjes die toevallig naast het doel vallen, ritsen uit tot handige linten die kunnen worden gebruikt in composietmaterialen voor sterkte en toepassingen die profiteren van hun gewenste elektrische eigenschappen.

De Rice-onderzoekers onder leiding van afgestudeerde student Sehmus Ozden rapporteerden hun bevindingen in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

Het resultaat was een verrassing, zei Ozden. "Tot nu, we wisten dat we mechanische krachten konden gebruiken om koolstofnanobuisjes in te korten en te knippen. Dit is de eerste keer dat we hebben aangetoond dat koolstofnanobuisjes kunnen worden opengeritst met behulp van mechanische krachten."

De onderzoekers vuurden pellets van willekeurig georiënteerde, meerwandige koolstofnanobuisjes van een licht gaskanon gebouwd door het Rice-lab van materiaalwetenschapper Enrique Barrera met financiering van NASA. De pellets troffen een aluminium doelwit in een vacuümkamer bij ongeveer 15, 000 mijl per uur. Toen ze het resulterende koolstofpuin inspecteerden, ze vonden nanobuisjes die eerst in het doeleinde sloegen of onder een scherpe hoek eenvoudig vervormd waren tot een verkreukelde nanobuis. Maar buizen die in de lengte raken, splitsen zich eigenlijk in linten met rafelige randen.

"Hypervelocity-impacttests worden meestal gebruikt om de impact van verschillende projectielen op schilden te simuleren, ruimtevaartuigen en satellieten, " zei Ozden. "We onderzochten mogelijke toepassingen voor koolstofnanobuisjes in de ruimte toen we dit resultaat kregen."

Het effect werd bevestigd door moleculaire simulaties. Ze toonden aan dat wanneer meerwandige buizen het doelwit raken, de buitenste buis wordt plat, de binnenste buizen raken en ze beurtelings openritsen. Enkelwandige nanobuisjes doen precies het tegenovergestelde; als de buis plat wordt, de onderwand raakt de binnenkant van de bovenwand, die vanuit het midden naar de randen openritst.

Ozden legde uit dat de gelijkmatige verdeling van stress langs de buik-flopping nanobuis, die vele malen langer is dan breed, verbreekt bijna gelijktijdig koolstofbindingen in een lijn.

De onderzoekers zeiden dat 70 tot 80 procent van de nanobuisjes in een pellet tot op zekere hoogte openritsen.

Ozden zei dat het proces de noodzaak elimineert om chemische residuen te verwijderen van nanolinten die met de huidige technieken zijn geproduceerd. "Een stap, chemicaliënvrij, schone en hoogwaardige grafeen nanoribbons kunnen met onze methode worden geproduceerd. Ze zijn potentiële kandidaten voor elektronische materialen van de volgende generatie, " hij zei.