Een eenvoudige manier om koolstofnanobuisjes om te zetten in waardevolle grafeen nanoribbons kan zijn om ze te vermalen, Dat blijkt uit onderzoek onder leiding van Rice University.

De truc, zei rijstmateriaalwetenschapper Pulickel Ajayan, is om twee soorten chemisch gemodificeerde nanobuisjes te mengen. Als ze tijdens het slijpen in contact komen, ze reageren en ritsen open, een proces dat tot nu toe grotendeels afhankelijk was van reacties in agressieve chemische oplossingen.

Het onderzoek van Ajayan en zijn internationale medewerkers verschijnt in: Natuurcommunicatie .

Om duidelijk te zijn, Ajayan zei, het nieuwe proces is nog steeds een chemische reactie die afhankelijk is van moleculen die opzettelijk aan de nanobuisjes zijn bevestigd, een proces dat functionalisering wordt genoemd. Het meest interessante voor de onderzoekers is dat een eenvoudig proces als vermalen een sterke chemische koppeling tussen vaste nanostructuren zou kunnen opleveren en nieuwe vormen van nanogestructureerde producten met specifieke eigenschappen zou kunnen produceren.

"Chemische reacties kunnen gemakkelijk worden gedaan in oplossingen, maar dit werk is geheel in vaste toestand, " zei hij. "Onze vraag is deze:als we nanobuisjes als sjablonen kunnen gebruiken, functionaliseer ze en krijg reacties onder de juiste omstandigheden, wat voor dingen kunnen we maken met een groot aantal mogelijke nanostructuren en chemische functionele groepen?"

Het proces moet veel nieuwe chemische reacties en producten mogelijk maken, zei Mohamad Kabbani, een afgestudeerde student aan Rice en hoofdauteur van het papier. "Het gebruik van verschillende functionaliteiten in verschillende nanoschaalsystemen kan een revolutie teweegbrengen in de ontwikkeling van nanomaterialen, " hij zei.

Zeer geleidende grafeen nanoribbons, duizenden keren kleiner dan een mensenhaar, vinden hun weg naar de markt in composietmaterialen. De nanoribbons versterken de elektronische eigenschappen en/of sterkte van de materialen.

"Het beheersen van dergelijke structuren door mechano-chemische transformatie zal de sleutel zijn om nieuwe toepassingen te vinden, " zei co-auteur Thalapil Pradeep, een professor in de chemie aan het Indian Institute of Technology Chennai. "Zachte chemie van deze soort kan onder veel omstandigheden plaatsvinden, bijdragen aan een beter begrip van materiaalverwerking."

In hun testen, de onderzoekers maakten twee batches meerwandige koolstofnanobuisjes, één met carboxylgroepen en de andere met hydroxylgroepen eraan vast. Wanneer samen tot 20 minuten gemalen met een vijzel en stamper, de chemische toevoegingen reageerden met elkaar, het triggeren van de nanobuisjes om uit te pakken in nanolinten, met water als bijproduct.

"Die toevallige observatie zal leiden tot verdere systematische studies van nanobuisjesreacties in vaste toestand, inclusief ab-initio theoretische modellen en simulaties, "Zei Ajayan. "Dit is spannend."

De experimenten werden gedupliceerd door deelnemende laboratoria in Rice, aan het Indian Institute of Technology en aan de Lebanese American University in Beiroet. Ze werden zowel onder standaard laboratoriumomstandigheden als in vacuüm uitgevoerd, buiten in de open lucht en bij wisselende luchtvochtigheid, temperaturen, tijden en seizoenen.

De onderzoekers die de samenwerking op drie continenten uitvoerden, weten nog steeds niet precies wat er op nanoschaal gebeurt. "Het is een exotherme reactie, dus de energie is genoeg om de nanobuisjes op te breken in linten, maar de details van de dynamiek zijn moeilijk te volgen, " Kabbani zei. "We kunnen op geen enkele manier twee nanobuisjes in een microscoop vermalen en het zien gebeuren. Nog niet, hoe dan ook."

Maar de resultaten spreken voor zich.

"Ik weet niet waarom mensen dit idee niet hebben onderzocht, dat je reacties kunt beheersen door de reactanten op nanostructuren te ondersteunen, " zei Ajayan. "Wat we hebben gedaan is erg grof, maar het is een begin en er kan veel werk in deze richting volgen."