Een interdisciplinair team van onderzoekers onder leiding van de Northeastern University heeft een nieuwe methode ontwikkeld voor het controleerbaar construeren van precieze inter-nanobuisverbindingen en een verscheidenheid aan nanokoolstofstructuren in koolstofnanobuisarrays. De methode, zeggen de onderzoekers, is eenvoudig en gemakkelijk schaalbaar, waarmee ze de fysieke eigenschappen van nanobuisnetwerken kunnen aanpassen voor gebruik in toepassingen variërend van elektronische apparaten tot CNT-versterkte composietmaterialen die in alles worden aangetroffen, van auto's tot sportuitrusting.

Hun bevindingen werden maandag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie . Het artikel - getiteld "Sculpting carbon bonds for allotropic transformation through solid-state re-engineering of -sp2 carbon" - is mede geschreven door postdocs, studenten, en vooraanstaande CNT-onderzoekers van de Northeastern University, het Massachusetts Institute of Technology, en het Korea Advanced Institute of Science and Technology, waarvan de expertise loopt van natuurkunde en werktuigbouwkunde tot materiaalkunde en elektrotechniek.

De hoofdarchitect van de nieuwe methode van het team voor het opnieuw ontwerpen van koolstofbindingen was Hyunyoung Jung, de hoofdauteur van het artikel en een postdoctoraal onderzoeker in het lab van co-auteur Yung Joon Jung, een nano-fabricage-expert en een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde en industriële techniek.

Hyunyoung ontdekte dat gecontroleerd, wisselspanningspulsen over enkelwandige koolstofnanobuisjesnetwerken transformeerden ze in enkelwandige CNT's met een grotere diameter; meerwandige CNT's met verschillende morfologieën; of meerlagige grafeen nanoribbons.

De nieuwe reconstructiemethode vermijdt - in tegenstelling tot eerdere pogingen om nanobuisjes te versmelten - agressieve chemicaliën en extreem hoge temperaturen, waardoor de solid-state engineeringtechniek bij uitstek bevorderlijk is voor schaalbaarheid. Bovendien, de nieuwe methode produceert moleculaire knooppunten waarvan de elektrische en thermische geleidbaarheid veel beter is in vergelijking met het knooppuntvrije geassembleerde CNT-netwerk.

Hun robuuste fysieke eigenschappen, zeggen de onderzoekers, deze inter-nanobuisverbindingen perfect maken voor het versterken van composietmaterialen die mechanische taaiheid vereisen, waaronder tennisrackets, Golf Clubs, auto's, en zelfs vliegtuigen, waar momenteel koolstofvezels worden gebruikt. "Het gebruik van deze materialen voor mechanische componenten kan auto's of andere mechanische constructies lichter maken zonder in te boeten aan sterkte, " legde Yung Joon uit.

De onderzoekers beschreven het nut van hun baanbrekende werk door het gebruik van een metafoor waarin koolstofnanobuisjes muurbouwstenen waren. Vorm een ​​muur door losse stenen op elkaar te stapelen, ze zeiden, en kijk hoe de muur naar beneden valt. Maar bouw een muur door cement tussen de stenen te plaatsen en verwonder je over de ontembare kracht van de grotere, eenheid.

"We hebben de gaten opgevuld met cement, " zei co-auteur Swastik Kar, een assistent-professor natuurkunde aan Northeastern, in overeenstemming met de metafoor. "We zijn begonnen met enkelwandige koolstofnanobuisjes, " hij voegde toe, "en vervolgens deze baanbrekende methode gebruikt om ze samen te brengen."

Naast Kar, Hyunyoung, en Yung Joon, de noordoostelijke co-auteurs van het papier bestonden uit Younglae ​​Kim, een ex-afgestudeerde student, en Sanghyung Hong, een promovendus in het lab van Yung Joon Jung. "Professor Kar's en onze groepen hebben jarenlang een zeer sterke samenwerking gehad, "Zei Yung Joon. "Dit onderzoek brengt experts uit een aantal disciplines samen om niet alleen een high-impact paper te produceren, maar ook om intellectueel eigendom te genereren."