Nanografeen is flexibel, maar sterker dan staal. Met unieke fysieke en elektronische eigenschappen, het materiaal bestaat uit koolstofmoleculen van slechts één atoom dik gerangschikt in een honingraatvorm. Nog vroeg in de technologische ontwikkeling, huidige fabricagemethoden vereisen de toevoeging van substituenten om een ​​uniform materiaal te verkrijgen. Additievenvrije methoden resulteren in dunne, breekbare vezels - tot nu toe.

Een internationaal team van onderzoekers heeft zelfassemblerende, stabiele en sterke nanografeendraden. De resultaten zijn op 24 maart gepubliceerd in Tijdschrift van de American Chemical Society .

Het team, onder leiding van Yasutomo Segawa, universitair hoofddocent aan het Instituut voor Moleculaire Wetenschappen, onderdeel van de National Institutes of Natural Science in Japan, begonnen met het synthetiseren van gebogen, oneindig stapelen van nanografenen - zoals chips in een kartonnen blikje - die kunnen worden samengevoegd tot nanodraden.

"Effectief gestapelde koolwaterstofdraden hebben het potentieel om te worden gebruikt als een verscheidenheid aan nano-halfgeleidermaterialen, "Zei Segawa. "Vroeger, het was nodig om substituenten te introduceren die niet gerelateerd zijn aan of de gewenste elektronische functie belemmeren om de assemblage van de draden te controleren."

Door substituenten te verwijderen, of additieven, uit het fabricageproces, onderzoekers kunnen moleculaire materialen ontwikkelen die een specifieke, gewenste elektronische functie, volgens Segwa. Met dit doel voor ogen, het team ontwikkelde een molecuul genaamd 'bitten' warped nanographene (bWNG), met 68 koolstofatomen en 28 waterstofatomen die de vorm van een 'gebeten appel' vormen. Gemaakt als een oplossing, wanneer men het gedurende 24 uur laat verdampen in aanwezigheid van hexaan - een ingrediënt in benzine met zes koolstofatomen - wordt bWNG een gel.

De onderzoekers probeerden de moleculen van de oorspronkelijke oplossing te herkristalliseren om de specifieke structuur van de bWNG-gel te onderzoeken door middel van röntgenkristallografie. Deze techniek kan de atomaire en moleculaire structuur van een kristal onthullen door de structuur te bestralen met röntgenstralen en te observeren hoe ze buigen.

"We hebben vele malen geprobeerd te herkristalliseren om de structuur te bepalen, maar het groeide tot slechts een paar honderd nanometer, "Segawa zei, opmerkend dat deze grootte veel te klein is voor röntgenkristallografie. "Het was alleen door elektronendiffractie, een nieuwe methode om de structuur van organische materialen te bepalen, dat we de structuur konden analyseren."

Elektronendiffractie is vergelijkbaar met röntgenkristallografie, maar het gebruikt elektronen in plaats van röntgenstralen, resulterend in een patroon van interferentie met het monstermateriaal dat de interne structuur aangeeft.

Ze ontdekten dat de bWNG-gel bestond uit dubbelstrengs, nanovezels met dubbele helix die zichzelf hebben samengesteld uit gebogen, stapelbare nanografenen.

"De structuur van de nanovezels is een dubbelstrengs dubbele helix, die zeer stabiel is en daarom, sterk, "Zei Segawa. "Vervolgens, we willen een halfgeleiderdraad realiseren die volledig uit koolstofatomen bestaat."