Vandaag, een groot aantal industrieën, inclusief optica, elektronica, water Zuivering, en medicijnafgifte, innoveren op een ongekende schaal met nanometer-brede rollen honingraatvormige grafietplaten, koolstofnanobuisjes (CNT's) genoemd. Functies zoals lichtgewicht, handige structuur, enorme mechanische sterkte, superieure thermische en elektrische geleidbaarheid, en stabiliteit plaatsen CNT's een tandje hoger dan andere materiële alternatieven. Echter, om aan hun stijgende industriële vraag te voldoen, hun productie moet voortdurend worden opgeschaald, en daarin ligt de grootste uitdaging bij het gebruik van CNT's.

Hoewel wetenschappers individuele CNT's met een lengte van ongeveer 50 cm hebben kunnen laten groeien, wanneer ze arrays proberen, of bossen, ze raken een plafond van ongeveer 2 cm. Dit komt doordat de katalysator, wat de sleutel is tot CNT-groei, deactiveert en/of opraakt voordat CNT's in een bos langer kunnen groeien, de monetaire en grondstofkosten van de CNT-productie opdrijven en het industriële gebruik ervan dreigen te beperken.

Nutsvoorzieningen, een plafonddoorbrekende strategie is bedacht door een team van wetenschappers uit Japan. In hun studie gepubliceerd in Koolstof , het team presenteert een nieuwe benadering van een conventionele techniek die CNT-bossen oplevert met een recordlengte:~ 14 cm - zeven keer groter dan het vorige maximum. Hisashi Sugime, Universitair docent aan Waseda University, die het team leidde, verklaart, "In de conventionele techniek, de CNT's stoppen met groeien door een geleidelijke structurele verandering in de katalysator, dus hebben we ons gericht op het ontwikkelen van een nieuwe techniek die deze structurele verandering onderdrukt en de CNT's voor een langere periode laat groeien."

Het team creëerde om te beginnen een katalysator op basis van hun bevindingen in een eerdere studie. Ze voegden een gadolinium (Gd) laag toe aan het conventionele ijzer-aluminiumoxide (Fe/Al .) ₂ O _x ) katalysator gecoat op een silicium (Si) substraat. Deze Gd-laag verhinderde tot op zekere hoogte de aantasting van de katalysator, waardoor het bos ongeveer 5 cm lang kan worden.

Om verder verslechtering van de katalysator te voorkomen, het team plaatste de katalysator in hun oorspronkelijke kamer, de cold-gas chemical vapour deposition (CVD) kamer. Daar, ze verwarmden het tot 750 ° C en voorzagen het van kleine concentraties (parts-per-miljoen) Fe- en Al-dampen bij kamertemperatuur.

Hierdoor bleef de katalysator 26 uur lang krachtig, in die tijd kon een dicht CNT-bos groeien tot 14 cm. Verschillende analyses om de gekweekte CNT's te karakteriseren toonden aan dat ze van hoge zuiverheid en concurrentiekracht waren.

Deze prestatie overwint niet alleen hindernissen voor de wijdverbreide industriële toepassing van CNT's, maar opent ook deuren in nanowetenschappelijk onderzoek. "Deze eenvoudige maar nieuwe methode die de levensduur van de katalysator drastisch verlengt door dampbronnen op ppm-niveau te leveren, is inzichtelijk voor katalysatorengineering op andere gebieden zoals petrochemie en kristalgroei van nanomaterialen, " zegt Sugime. "De kennis hierin zou van cruciaal belang kunnen zijn om nanomaterialen een alomtegenwoordige realiteit te maken."