Enkelwandige koolstofnanobuisjes zitten boordevol gewenste eigenschappen. Vooral, het vermogen om elektriciteit met hoge snelheid te geleiden maakt ze aantrekkelijk voor gebruik als transistors op nanoschaal. Maar deze en andere eigenschappen zijn grotendeels afhankelijk van hun structuur, en hun structuur wordt bepaald wanneer de nanobuis zich net begint te vormen.

In een stap naar het begrijpen van de factoren die van invloed zijn op de vorming van nanobuisjes, onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST), de Universiteit van Maryland, en Texas A&M zijn erin geslaagd ze te filmen als ze nog maar een paar atomen oud zijn. Deze "babyfoto's" van nanobuisjes geven cruciaal inzicht in hoe ze ontkiemen en groeien, mogelijk de weg openen voor wetenschappers om ze massaal te creëren met alleen de eigenschappen die ze willen. De resultaten zijn online gepubliceerd in Nano-letters .

Om beter te begrijpen hoe koolstofnanobuisjes groeien en hoe u degene kunt laten groeien die u wilt, je moet het allereerste begin van het groeiproces begrijpen, nucleatie genoemd. Om dat te doen, je moet het kiemvormingsproces kunnen visualiseren terwijl het gebeurt. Echter, dit is niet eenvoudig omdat het om een ​​klein aantal snel bewegende atomen gaat, wat betekent dat u zeer snel foto's met een zeer hoge resolutie moet maken.

Want snel, hoge resolutie camera's zijn duur, NIST-wetenschappers vertraagden in plaats daarvan de groeisnelheid door de druk in hun instrument te verlagen, een omgevingsscanning transmissie-elektronenmicroscoop. In de kamer van de microscoop, onder hoge hitte en lage druk, het team keek toe hoe koolstofatomen gegenereerd uit acetyleen neerregenden op 1,2 nanometer stukjes kobaltcarbide, waar ze vastzaten, gevormd tot grafeen, omringde het nanodeeltje, en begon uit te groeien tot nanobuisjes.

"Onze waarnemingen toonden aan dat de koolstofatomen alleen vastzaten aan de pure metalen facetten van het kobaltcarbide-nanodeeltje, en niet die facetten verweven met koolstofatomen, " zegt NIST-chemicus Renu Sharma, die het onderzoek leidde. "De ontluikende buis groeide toen boven de kobalt-koolstoffacetten totdat hij een ander puur metalen oppervlak vond om aan te hechten, een gesloten kap vormen. Koolstofatomen bleven zich hechten aan de kobaltfacetten, het eerder gevormde grafeen in een soort koolstofassemblagelijn naar de dop duwen en de buis verlengen. Dit hele proces duurde slechts een paar seconden."

Volgens Sharma, de koolstofatomen zoeken naar de meest energetisch gunstige configuraties terwijl ze grafeen vormen op het oppervlak van het kobaltcarbide nanodeeltje. Hoewel grafeen meestal zeshoekig is, honingraatstructuur, de geometrie van het nanodeeltje dwingt de koolstofatomen om zichzelf in vijfhoekige vormen te rangschikken binnen het anders honingraatrooster. Cruciaal, deze vijfhoekige onregelmatigheden in de structuur van het grafeen zorgen ervoor dat het grafeen kan buigen en een nanobuisje wordt.

Omdat de facetten van de nanodeeltjes ook een beslissende rol lijken te spelen in de diameter en chiraliteit van de nanobuisjes, of draairichting, de volgende stap van de groep zal zijn om de chiraliteit van de nanobuisjes te meten terwijl ze groeien. De groep is ook van plan om metalen nanodeeltjes met verschillende facetten te gebruiken om hun hechtende eigenschappen te bestuderen om te zien hoe ze de chiraliteit en diameter van de buizen beïnvloeden.