Koolstofnanobuisjes zijn cilindrische moleculen gemaakt van koolstofatomen. Ze zijn extreem sterk en licht van gewicht en hebben een breed scala aan mogelijke toepassingen, van elektronica tot medicijnen. Hun interacties met water zijn tot nu toe echter slecht begrepen.

Uit een nieuwe studie van onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, is gebleken dat koolstofnanobuisjes een haat-liefdeverhouding hebben met water. Enerzijds zijn ze hydrofoob, wat betekent dat ze water afstoten. Aan de andere kant hebben ze ook een sterke aantrekkingskracht op waterstofbruggen, de bindingen die watermoleculen bij elkaar houden.

Deze haat-liefdeverhouding heeft een aantal implicaties voor het gebruik van koolstofnanobuisjes in omgevingen op waterbasis. Het betekent bijvoorbeeld dat koolstofnanobuisjes kunnen worden gebruikt om waterbestendige materialen te maken. Het betekent echter ook dat koolstofnanobuisjes door water kunnen worden beschadigd.

De onderzoekers ontdekten dat de hydrofobe aard van koolstofnanobuisjes te wijten is aan de aanwezigheid van koolstof-koolstofbindingen op hun oppervlak. Deze bindingen zijn niet-polair, wat betekent dat ze geen netto elektrische lading hebben. Als gevolg hiervan hebben ze geen sterke interactie met watermoleculen.

Aan de andere kant is de aantrekkingskracht van koolstofnanobuisjes op waterstofbruggen te wijten aan de aanwezigheid van zuurstofatomen op hun oppervlak. Deze zuurstofatomen zijn polair, wat betekent dat ze een netto elektrische lading hebben. Als gevolg hiervan kunnen ze waterstofbruggen vormen met watermoleculen.

De sterkte van de interactie tussen koolstofnanobuisjes en water hangt af van de relatieve verhoudingen van koolstof- en zuurstofatomen op het oppervlak van de nanobuisjes. Hoe meer koolstofatomen er zijn, hoe hydrofoob de nanobuis zal zijn. Hoe meer zuurstofatomen er zijn, hoe hydrofieler de nanobuis zal zijn.

De onderzoekers zeggen dat hun bevindingen kunnen helpen het ontwerp van koolstofnanobuisjes voor toepassingen op waterbasis te verbeteren. Door de interacties tussen koolstofnanobuisjes en water te begrijpen, kunnen wetenschappers nanobuisjes ontwerpen die hydrofoob of hydrofieler zijn, afhankelijk van de gewenste toepassing.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Materials.