Koolstofnanobuisjes zijn een van de best bewaarde geheimen van de wetenschap.

Deze kleine, door de mens gemaakte materialen hebben buitengewone eigenschappen:ze zijn het donkerste materiaal dat mensen kunnen maken, ze absorberen licht zo goed dat ze thermische energie kunnen produceren en ze kunnen de natuur nabootsen om het lichaam te helpen bacteriën te bestrijden.

Onderzoekers in Australië en China hebben een goedkopere, gemakkelijkere manier gevonden om grote groepen koolstofnanobuisjes te organiseren, waardoor mogelijk veel nieuwe wegen worden geopend voor gebruik door meer wetenschappers over de hele wereld.

Koolstofnanobuisjes worden meestal op het oppervlak van een materiaal gekweekt met behulp van een chemisch proces waarbij een koolstofbron en metaalkatalysatoren op nanoschaal, zoals ijzer, nikkel en kobalt, betrokken zijn.

Een gloei-ontladingsplasma wordt gebruikt om de nanobuisjes verticaal en vrijstaand te laten groeien om een ​​nanoscopisch bos te vormen.

Vooraf gedefinieerde nanobuispatronen vereisen een katalysatorsjabloon. Vaak gaat het maken van dergelijke sjablonen gepaard met een duur en gecompliceerd proces dat lithografie wordt genoemd.

Lithografie is gerechtvaardigd in zeer geavanceerde industrieën zoals micro-elektronica, maar er zijn meer betaalbare alternatieven nodig voor grootschalige, minder technische toepassingen.

Nu hebben wetenschappers een alternatief aangetoond voor het samenstellen en uitlijnen van krachtige verzamelingen koolstofnanobuisjes zonder lithografie.

Het team is gevestigd in de South China Normal University, het ARC Centre of Excellence in Exciton Science en het Doherty Institute van de University of Melbourne. Hun onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nanotechnology.

Dr. Eser Akinoglu zei:"We willen de koolstofnanobuisjes gebruiken om medische implantaten te coaten en de antibacteriële eigenschappen van insectenvleugels na te bootsen, om een ​​mechanische structuur te hebben die bacteriën kan doden en hopelijk tegelijkertijd de groei van de botcellen kan bevorderen ( osteoblasten).

"Het belangrijkste idee is om de structuren op insectenvleugels na te bootsen die bacteriën doden door mechanische actie, zonder dat er antibiotica nodig zijn."

De onderzoekers vertrouwden op een "ontvochtiging" -proces om nikkelkatalysatordeeltjes op een bepaalde manier te organiseren. Ontvochtigen is wanneer vloeistof, in dit geval een gesmolten metaal, van een oppervlak wordt teruggetrokken.

Er worden dan metalen eilanden gevormd wanneer warmte wordt toegepast op een dunne metalen film op een laag silica-nanobolletjes, die fungeert als een sjabloon om een ​​exacte rangschikking van nikkeleilanden op nanoschaal te creëren.

De diameter van de silicadeeltjes bepaalt de "pitch" van de hexagonale nanobuis-opstelling, terwijl de dikte van de metaalfilm de breedte van de nikkeleilanden beïnvloedt, wat op zijn beurt bepaalt hoe breed de uiteindelijke koolstofnanobuisjes zijn.

Ten slotte wordt de lengte van de nanobuisjes eenvoudig bepaald door hoe lang ze mogen groeien.

Door deze benadering te volgen, kunnen alle geometrische parameters van de nanobuisjes worden gekozen zonder dat dure lithografie nodig is.

"Normaal gesproken zou je lithografie moeten gebruiken om een ​​sjabloon te maken," zei Eser.

"Dit kan met licht, röntgenstralen of elektronenstralen zijn. Wat we hier doen, maakt dat allemaal overbodig. Het is een veel gemakkelijkere manier om deze koolstofnanobuisjes in periodieke, vooraf gedefinieerde patronen te laten groeien. Het is de eerste keer dat periodieke reeksen koolstof nanobuisjes zijn gegroeid zonder een lithografische stap."

De resulterende koolstofnanobuizen stoten water af en lijken op vergelijkbare structuren die in de natuur worden gevonden, wat betekent dat ze kunnen helpen bij het maken van biomimetische apparaten - hulpmiddelen die complexe problemen oplossen door dingen in de natuurlijke wereld na te bootsen.

Een voorbeeld is het 'lotuseffect', waarbij het vermogen van een plant om zichzelf te reinigen wordt bepaald door de nanostructuren in de bladeren.

De onderzoekers zullen nu proberen te ontdekken of de koolstofnanobuis-arrays inderdaad de bacteriën kunnen doden die medische implantaten bedreigen. + Verder verkennen

Moleculair schudden heeft gevolgen voor koolstof nanobuisjes