Jiaxing Huang van de Northwestern University is klaar om het onderzoek naar koolstofnanobuisjes nieuw leven in te blazen. En dat doet hij met een veelvoorkomende chemische stof die ooit in huishoudelijke schoonmaakmiddelen werd gebruikt.

Door gebruik te maken van een goedkope, reeds in massa geproduceerd, eenvoudig oplosmiddel genaamd cresol, Huang heeft een manier ontdekt om gedispergeerde koolstofnanobuisjes te maken in ongekend hoge concentraties zonder dat er additieven of agressieve chemische reacties nodig zijn om de nanobuisjes te modificeren. In een verrassende wending, Huang ontdekte ook dat naarmate de concentraties van de nanobuisjes toenemen, het materiaal gaat over van een verdunde dispersie naar een dikke pasta, dan een vrijstaande gel en tot slot een kneedbaar deeg dat kan worden gevormd en gevormd.

De studie werd op 14 mei online gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Vanwege hun uitzonderlijke mechanische, thermische en elektrische eigenschappen, koolstof nanobuisjes hebben veel aandacht getrokken voor een aantal toepassingen, " zei Huang, hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de McCormick School of Engineering van Northwestern. "Maar na tientallen jaren van onderzoek en ontwikkeling, een deel van de opwinding is vervaagd."

De reden? Koolstofnanobuisjes zijn notoir lastig te verwerken, vooral in grote hoeveelheden. Ongeveer 10, 000 keer dunner dan een mensenhaar, de stugge, buisvormige structuren zouden sterker zijn dan staal en warmte en elektriciteit veel beter geleiden dan koper. Maar bij massaproductie - meestal in de vorm van poeders - draaien de buizen en klonteren ze samen. Deze complicatie vormt een grote belemmering voor de wijdverbreide toepassingen van het materiaal.

"Geaggregeerde buizen zijn moeilijk te dispergeren in oplosmiddelen, ' zei Huang. 'En als je geen goede spreiding kunt krijgen, dan kun je geen hoogwaardige nanobuis-dunne films maken waar veel toepassingen op vertrouwen."

Om dit probleem te omzeilen, eerdere onderzoekers gebruikten additieven om de nanobuisjes te coaten, die hun oppervlakken chemisch veranderden en hen dwongen te scheiden. Hoewel deze methoden werken, ze laten resten achter of veranderen de oppervlaktestructuren van de nanobuisjes, die hun gewenste eigenschappen kunnen afstompen.

Daarentegen, Het team van Huang ontdekte dat cresol de oppervlaktefuncties van koolstofnanobuisjes niet aantast. En, na het scheiden van de verstrengelde buizen, onderzoekers kunnen de chemische stof eenvoudig verwijderen door hem af te wassen of te verwarmen totdat hij verdampt.

Onverwachte kneepjes vinden

Na het ontsluiten van een nieuwe manier om koolstofnanobuisjes in steeds hogere concentraties te maken, Huang en zijn team ontdekten nieuwe vormen van het materiaal. Naarmate de concentratie van koolstofnanobuisjes toeneemt, het materiaal gaat over van een verdunde dispersie naar een smeerbare pasta naar een vrijstaande gel en uiteindelijk naar een kneedbaar deeg. Deze verschillende vormen kunnen worden gegoten, omgevormd of gebruikt als geleidende inkt voor 3D-printen.

"De deegtoestand van nanobuisjes is fascinerend, " zei Kevin Chiou, een afgestudeerde student in het laboratorium van Huang en eerste auteur van het artikel. "Het kan gemakkelijk worden gevormd en gevormd tot willekeurige structuren, net als speeldeeg."

"Eigenlijk, dit oplosmiddelsysteem zorgt er nu voor dat nanobuisjes zich net als polymeren gedragen, " zei Huang. "Het is echt opwindend om te zien dat op cresol gebaseerde oplosmiddelen ooit moeilijk te verwerken koolstofnanobuisjes zo bruikbaar maken als gewone kunststoffen."