Een onderzoeker van de University of Wyoming en zijn team hebben aangetoond, Voor de eerste keer, de mogelijkheid om enkelwandige koolstofnanobuizen globaal uit te lijnen langs een gemeenschappelijke as. Deze ontdekking kan waardevol zijn op veel technologische gebieden, zoals elektronica, optiek, composiet materialen, nanotechnologie en andere toepassingen van materiaalwetenschap.

"In tegenstelling tot eerdere pogingen om nanobuisjes uit te lijnen met behulp van filtratie van nanobuisjes, we creëerden een geautomatiseerd systeem dat meerdere uitgelijnde films tegelijk kon maken, " zegt William Rice, een assistent-professor in UW's Department of Physics and Astronomy. "Het automatiseren van het filtratiesysteem had ook tot gevolg dat we het filtratiedebiet nauwkeurig konden regelen, die een hogere uitlijning produceerde."

Rice was corresponderend auteur van een paper, getiteld "Global Alignment of Solution-Based, Enkelwandige koolstof nanobuisfilms via machine-Vision gecontroleerde filtratie, " die op 9 oktober werd gepubliceerd in de gedrukte versie van Nano-letters , een internationaal tijdschrift dat rapporteert over fundamenteel en toegepast onderzoek in alle takken van nanowetenschap en nanotechnologie. Een online versie van de krant verscheen vorige maand.

Jozua Walker, een derdejaars natuurkunde Ph.D. student uit Cheyenne, was de hoofdauteur van de krant. Valerie Kühl, een derdejaars Ph.D. scheikundestudent uit Beulah, kleur, was een bijdragende auteur van het papier.

Enkelwandige koolstofnanobuizen zijn eendimensionale kristallen gevormd door een enkele laag grafiet te omwikkelen, vaak grafeen genoemd, in een nanoscopische cilinder. Ze hebben een diameter van 0,5 tot 1,5 nanometer en variëren van 200 tot 10, 000 nanometer lang. Een nanometer is een miljardste van een meter.

Door deze unieke geometrie, koolstofnanobuisjes kunnen metalen of halfgeleiders zijn, afhankelijk van hoe het grafeen is verpakt, Rijst legt uit. Koolstof nanobuisjes kunnen opmerkelijke elektrische geleidbaarheid vertonen, en ze hebben een uitzonderlijke treksterkte en thermische geleidbaarheid.

"Uitgelijnde koolstofnanobuizen hebben het potentieel om als uitstekende optische polarisatoren te fungeren, die belangrijk zijn voor het optisch bepalen van spanning in materialen. Bijvoorbeeld, als je met een gepolariseerde bril naar je voorruit kijkt, u kunt delen van verschillende spanning in het glas zien, Rice zegt. "Recent werk van andere groepen suggereert ook dat uitgelijnde nanobuisjes kunnen worden gebruikt als transistors, gepolariseerde lichtstralers en directionele koellichamen. De hoop is dat een nieuwe generatie van volledig koolstof elektronica kan worden ingeluid met het gebruik van koolstof nanobuisjes, grafeen en vacatures in diamanten."

Over de afgelopen tien jaar, er is aanzienlijke vooruitgang geboekt bij de chemische bestrijding van enkelwandige koolstofnanobuizen. Rice en zijn team gebruikten machine vision-automatisering en parallellisatie om tegelijkertijd wereldwijd afgestemde, enkelwandige koolstofnanobuisjes met behulp van drukgestuurde filtratie. Feedbackcontrole maakt filtratie mogelijk met een constante stroomsnelheid die niet alleen de nematische ordening van de enkelwandige koolstofnanobuisjes verbetert, maar biedt ook de mogelijkheid om een ​​breed scala aan enkelwandige koolstofnanobuisjes en op een verscheidenheid aan nanoporeuze membranen uit te lijnen met dezelfde filtratieparameters.

Aanvullend, Rice zegt dat zijn onderzoeksteam de meniscus van de nanobuis-oplossing in de glazen trechter heeft afgeplat met behulp van een behandelingsproces dat silanisatie wordt genoemd. Dit voorkwam dat de nanobuisjes vervormd raakten door een ongelijkmatig oplossingsfront terwijl de nanobuisjes werden gefilterd. Deze twee ontwikkelingen produceren nanobuisfilms die een uitstekende uitlijning vertonen over de hele structuur, die werd gemeten met behulp van een verscheidenheid aan gepolariseerde optische technieken.

"Koolstofnanobuizen zijn een belangrijk materiaalsysteem vanwege hun indrukwekkende fysieke eigenschappen, zoals extreem hoge thermische geleidbaarheid; a Young's modulus veel groter dan staal; stroombelastbaarheid duizend keer die van koper; en uitstekende licht-materie koppeling, " hij zegt.

Een Young's modulus is de verhouding van de spanning (kracht per oppervlakte-eenheid) tot de rek (percentage verandering in de fysieke afmetingen) in een materiaal, zegt rijst. Kunststoffen, rubber en hout hebben een lage Young's moduli, terwijl staal, diamant en nanobuisjes hebben een hoge Young's moduli.