De binnenruimte van koolstofnanobuisjes kan fungeren als een sjabloon voor de synthese van nanodiamantachtige koolstofketens. Als een team van wetenschappers uit Japan, Duitsland, en de Verenigde Staten rapporteren in het tijdschrift Angewandte Chemie , deze getemperde polymerisatiebenadering maakt de weg vrij voor het ontwerp van nieuwe eendimensionale nanomaterialen.

Materialen in nanoformaat zoals nanodraden bieden unieke eigenschappen die volledig verschillen van die van de bulkmaterialen. Echter, eendimensionale nanostructuren zijn moeilijk te synthetiseren. In een internationale samenwerking, Hisanori Shinohara van de Nagoya University in Japan en zijn collega's hebben een methode ontwikkeld die koolstofnanobuisjes gebruikt als reactievat voor de getemperde polymerisatie van lineaire-keten nanomaterialen. Het idee was dat tijdens polymerisatie, de kleine voorlopermoleculen zouden natuurlijk alleen de eendimensionale structuur van de buizen aannemen als hun binnendiameter klein genoeg is. Grotere diameters zouden te veel ruimte bieden zodat de polymerisatie zou kunnen eindigen of ongecontroleerd zou kunnen worden. Door deze methode te gebruiken, Shinohara en zijn collega's waren in staat om een ​​eendimensionale nanodiamant-polymeerstructuur te synthetiseren door een relatief eenvoudige uitgloeitechniek. Ze beschrijven hun aanpak:"De huidige op een sjabloon gebaseerde benadering voor de synthese van diamandoïde polymeren met lineaire ketens is totaal verschillend van conventionele chemische benaderingen."

De wetenschappers gebruikten diamantaan, een kooistructuur met 10 koolstofatomen, als voorlopermolecuul en bouwsteen voor polymerisatie. Dit molecuul werd aan weerszijden gebromeerd zodat, na toevoeging van ijzernanodeeltjes, het broom zou worden geabstraheerd en een diradicaal gevormd. In een normale chemische polymerisatiereactie, de gevormde radicalen zouden waterstof onttrekken voor terminatiereacties, maar:"Tot onze grote verbazing, de radicalen zijn persistent en worden opnieuw met elkaar gecombineerd in de koolstofnanobuisjes, " schrijven de auteurs. En:"Afhankelijk van de binnendiameter van de koolstofnanobuisjes, de ingevoegde soort kan ofwel worden omgezet in de lineaire keten polymeren of in amorfe koolstof." Als resultaat, de structuren gevormd in de buizen van 1 nm waren een polymere keten van nanodiamondoïden, die op indrukwekkende wijze kon worden gevisualiseerd door elektronenmicroscopie.

Om het meer informeel te zeggen, de gevormde koolstofnanobuisjes gevuld met het nanodiamondoïde polymeer zien eruit als macaroni gevuld met spaghetti. Om het binnenste polymeer te extraheren, een oplossingsfase sonicatie/extractie kan worden toegepast, meldt de groep. Het grote voordeel van de nieuwe methode is de eenvoud en specificiteit van de vorming van de eendimensionale nanogestructureerde polymeerketen. Deze techniek zal zeker de aandacht trekken van materiaalwetenschappers.