Wetenschappers van de Rice University hebben ontdekt dat het sterke krachtveld dat wordt uitgezonden door een Tesla-spoel ervoor zorgt dat koolstofnanobuisjes zichzelf assembleren tot lange draden. een fenomeen dat ze 'Teslaforese' noemen.

Het team onder leiding van rijstchemicus Paul Cherukuri rapporteerde deze week zijn resultaten in ACS Nano .

Cherukuri ziet dit onderzoek als een duidelijk pad naar schaalbare assemblage van nanobuisjes van onderaf.

Het systeem werkt door op afstand positieve en negatieve ladingen in elke nanobuis te laten oscilleren, waardoor ze aan elkaar ketenen tot lange draden. Cherukuri's speciaal ontworpen Tesla-spoel genereert zelfs een trekkerstraalachtig effect wanneer nanobuisdraden over lange afstanden naar de spoel worden getrokken.

Dit krachtveldeffect op materie was nog nooit op zo'n grote schaal waargenomen, Cherukuri zei, en het fenomeen was onbekend bij Nikola Tesla, die in 1891 de spoel uitvond met de bedoeling draadloze elektrische energie te leveren.

"Elektrische velden zijn gebruikt om kleine objecten te verplaatsen, maar alleen over ultrakorte afstanden, "Zei Cherukuri. "Met Teslaphoresis, we hebben de mogelijkheid om krachtvelden massaal op te schalen om materie op afstand te verplaatsen."

De onderzoekers ontdekten dat het fenomeen tegelijkertijd circuits verzamelt en aandrijft die energie uit het veld halen. In een experiment, nanobuisjes assembleerden zichzelf tot draden, vormde een circuit dat twee LED's verbond en absorbeerde vervolgens energie uit het veld van de Tesla-spoel om ze te verlichten.

Cherukuri realiseerde zich dat een opnieuw ontworpen Tesla-spoel een krachtig krachtveld zou kunnen creëren op afstanden die veel groter zijn dan iemand ooit had gedacht. Zijn team observeerde de uitlijning en beweging van de nanobuisjes op enkele meters afstand van de spoel. "Het is zo verbazingwekkend om te zien hoe deze nanobuisjes tot leven komen en zich aan de andere kant van de kamer in draden hechten, " hij zei.

Nanobuisjes waren een natuurlijk eerste testmateriaal, gezien hun erfgoed in Rice, waar het HiPco-productieproces is uitgevonden. Maar de onderzoekers stellen zich voor dat ook veel andere nanomaterialen kunnen worden geassembleerd.

Lindsey Bornhoeft, de hoofdauteur van het artikel en een afgestudeerde biomedische technologiestudent aan de Texas A&M University, zei dat het gerichte krachtveld van de bench-top spoel bij Rice beperkt is tot slechts een paar voet. Om de effecten op materie op grotere afstanden te onderzoeken, zijn grotere systemen in ontwikkeling nodig. Cherukuri suggereerde dat oppervlakken met patronen en meerdere Tesla-spoelsystemen complexere zelfassemblerende circuits zouden kunnen creëren van deeltjes op nanoschaal.

Cherukuri en zijn vrouw, Tonya, ook een Rice aluin en een co-auteur van het papier, merkten op dat hun zoon Adam enkele opmerkelijke observaties deed tijdens het bekijken van video's van het experiment. "Ik was verrast dat hij patronen in nanobuisbewegingen opmerkte die ik niet zag, "Zei Cherukuri. "Ik kon hem geen auteur op de krant maken, maar zowel hij als zijn broertje John worden erkend voor nuttige discussies."

Cherukuri kent de waarde van jeugdige observatie - en verbeeldingskracht - sinds hij als tiener Tesla-spoelen begon te ontwerpen. "Ik had nooit gedacht, als een 14-jarig kind dat coils bouwt, dat het ooit nuttig zou zijn, " hij zei.

Cherukuri en zijn team hebben het werk zelf gefinancierd, waarvan hij zei dat het meer betekenis had voor de groep. "Dit was een van de meest opwindende projecten die ik ooit heb gedaan, des te meer omdat het een geheel vrijwilligersgroep was van gepassioneerde wetenschappers en studenten. Maar omdat Rice deze prachtige cultuur van onconventionele wijsheid heeft, we waren in staat om een ​​verbazingwekkende ontdekking te doen die de grenzen van de nanowetenschap verlegt."

De teamgenoten kijken uit naar waar hun onderzoek toe leidt. "Deze nanobuisdraden groeien en werken als zenuwen, en gecontroleerde assemblage van nanomaterialen van onderaf kan worden gebruikt als sjabloon voor toepassingen in regeneratieve geneeskunde, ' zei Bornhoeft.

"Er zijn zoveel toepassingen waarbij je sterke krachtvelden zou kunnen gebruiken om het gedrag van materie in zowel biologische als kunstmatige systemen te beheersen, "Zei Cherukuri. "En nog opwindender is hoeveel fundamentele natuurkunde en scheikunde we ontdekken terwijl we verder gaan. Dit is echt pas de eerste act in een geweldig verhaal."

Co-auteurs zijn Rice senior Aida Castillo; Rijstonderzoekswetenschappers Carter Kittrell, Dustin James en Bruce Brinson; Rice Distinguished Faculty Fellow Bruce Johnson; Thomas Rybolt, afdelingshoofd scheikunde en de UC Foundation Professor aan de Universiteit van Tennessee-Chattanooga; en Preston Smalley van de Second Baptist School in Houston, die als zomerstagiair bij Rice aan het project werkte. Cherukuri en Bornhoeft begonnen het project terwijl ze beiden aan de Universiteit van Tennessee-Chattanooga waren.