Een methode ontwikkeld aan de Aalto University, Finland, kan grote hoeveelheden ongerepte enkelwandige koolstofnanobuisjes produceren in geselecteerde tinten van de regenboog. Het geheim is een nauwkeurig afgestemd fabricageproces - en een kleine dosis koolstofdioxide. De films kunnen worden toegepast in touchscreentechnologieën of als coatingmiddelen voor nieuwe soorten zonnecellen.

Enkelwandige koolstofnanobuisjes, of vellen van een atoomdikke laag grafeen opgerold in verschillende maten en vormen, hebben veel toepassingen gevonden in elektronica en nieuwe apparaten met aanraakschermen. Van nature, koolstofnanobuisjes zijn meestal zwart of donkergrijs.

In hun nieuwe studie gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society ( JACS ), Onderzoekers van de Aalto University presenteren een manier om de fabricage van dunne films van koolstofnanobuisjes te controleren, zodat ze een verscheidenheid aan verschillende kleuren vertonen, bijvoorbeeld, groente, bruin, of zilvergrijs.

De onderzoekers denken dat dit de eerste keer is dat gekleurde koolstofnanobuisjes zijn geproduceerd door directe synthese. Met behulp van hun uitvinding, de kleur wordt direct in het fabricageproces geïnduceerd, niet door een reeks zuiveringstechnieken toe te passen op afgewerkte, gesynthetiseerde buizen.

Met directe synthese, grote hoeveelheden schone monstermaterialen kunnen worden geproduceerd, terwijl ook schade aan het product tijdens het zuiveringsproces wordt vermeden, wat het de meest aantrekkelijke benadering voor toepassingen maakt.

"In theorie, deze gekleurde dunne films kunnen worden gebruikt om touchscreens met veel verschillende kleuren te maken, of zonnecellen die volledig nieuwe soorten optische eigenschappen vertonen, " zegt Esko Kauppinen, Professor aan de Universiteit van Aalto.

Het is een prestatie op zich om koolstofstructuren kleuren weer te geven. De onderliggende technieken die nodig zijn om de kleuring mogelijk te maken, impliceren ook een fijn gedetailleerde controle van de structuur van de nanobuisstructuren. Kauppinen en de unieke methode van zijn team, die spuitbussen van metaal en koolstof gebruikt, stelt hen in staat om de nanobuisstructuur rechtstreeks vanuit het fabricageproces zorgvuldig te manipuleren en te controleren.

"Het kweken van koolstofnanobuisjes is, op een manier, zoals het planten van bomen:we hebben zaden nodig, voer, en zonnewarmte. Voor ons, aerosol nanodeeltjes van ijzer werken als katalysator of zaad, koolmonoxide als bron voor koolstof, dus voer, en een reactor geeft warmte af bij een temperatuur van meer dan 850 graden Celsius, " zegt dr. Hua Jiang, Senior wetenschapper aan de Aalto University.

De groep van professor Kauppinen heeft een lange geschiedenis in het gebruik van deze middelen in hun unieke productiemethode. Om hun repertoire aan te vullen, ze hebben onlangs geëxperimenteerd met het toedienen van kleine doses kooldioxide in het fabricageproces.

"Kooldioxide fungeert als een soort entmateriaal dat we kunnen gebruiken om de groei van koolstofnanobuisjes van verschillende kleuren af ​​te stemmen, " legt Jiang uit.

Met een geavanceerde elektronendiffractietechniek, de onderzoekers waren in staat om de precieze structuur op atomaire schaal van hun dunne films te achterhalen. Ze ontdekten dat ze een zeer smalle chiraliteitsverdeling hebben, wat betekent dat de oriëntatie van het honingraatrooster van de wanden van de buizen bijna uniform is over het hele monster. De chiraliteit bepaalt min of meer de elektrische eigenschappen die koolstofnanobuizen kunnen hebben, evenals hun kleur.

De methode die is ontwikkeld aan de Aalto University belooft een eenvoudige en zeer schaalbare manier om dunne films van koolstofnanobuisjes met hoge opbrengsten te fabriceren.

"Meestal moet je kiezen tussen massaproductie of goede controle over de structuur van koolstofnanobuisjes. Met onze doorbraak, we kunnen allebei, " vertrouwt Dr. Qiang Zhang, een postdoctoraal onderzoeker in de groep.

Vervolgwerkzaamheden zijn al aan de gang.

"We willen de wetenschap begrijpen van hoe de toevoeging van koolstofdioxide de structuur van de nanobuisjes afstemt en kleuren creëert. Ons doel is om volledige controle over het groeiproces te krijgen, zodat enkelwandige koolstofnanobuisjes kunnen worden gebruikt als bouwstenen voor de volgende generatie nano-elektronica, ’ zegt professor Kauppinen.