Wetenschappers van de University of California, Berkeley en het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) hebben een techniek bedacht om selectief koolstofnanobuisjes te laten groeien met specifieke atomaire structuren die bekend staan ​​als chiraliteiten. Deze doorbraak, beschreven in een studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature, bevordert de controle en het begrip van de eigenschappen van nanobuisjes, wat cruciaal is voor hun praktische toepassingen in nano-elektronica, optica en energietechnologieën.

Koolstofnanobuisjes zijn cilindrische structuren gemaakt van koolstofatomen gerangschikt in een hexagonaal rooster. Vanwege hun unieke eigenschappen, waaronder hoge elektrische en thermische geleidbaarheid, mechanische sterkte en chemische stabiliteit, hebben nanobuisjes aanzienlijke onderzoeksinteresse gewekt voor verschillende potentiële toepassingen.

De realisatie van deze toepassingen is echter afhankelijk van het bereiken van nauwkeurige controle over de atomaire structuur van nanobuisjes, met name de chiraliteiten. Chiraliteit verwijst naar de manier waarop koolstofatomen draaien terwijl ze zich omwikkelen om een ​​buis te vormen, en beïnvloedt de elektronische en optische eigenschappen van de nanobuis. Onderzoekers hebben eerder meer dan 170 verschillende chiraliteiten waargenomen, maar het beheersen van de groei van specifieke chiraliteiten was een uitdaging.

Om deze uitdaging aan te gaan, ontwikkelde het team van Berkeley Lab een groeitechniek genaamd "superkritische vloeibare chemische dampafzetting met continue toevoer van oplossingen." Deze methode omvat het continu inbrengen van een precursoroplossing in een chemische dampafzettingsreactor (CVD) onder superkritische omstandigheden:hoge temperaturen en druk waardoor de oplossing zich als een gas gedraagt.

De continue toevoer van de precursor zorgt voor een consistente aanvoer van koolstofatomen, terwijl de superkritische omstandigheden een uniforme groei van nanobuisjes bevorderen.

Met behulp van deze techniek kweekten de onderzoekers selectief koolstofnanobuisjes met enkele chiraliteit en gecontroleerde diameters en lengtes. Ze toonden hun aanpak door nanobuisjes met vijf verschillende chiraliteiten te laten groeien, wat de veelzijdigheid van hun methode aantoonde. De groeiselectiviteit werd mogelijk gemaakt door het afstemmen van de precursorsamenstelling en de groeiomstandigheden.

Volgens de studie opent de selectieve groei van koolstofnanobuisjes nieuwe mogelijkheden voor fundamentele studies van de structuur-eigenschapsrelaties en voor het optimaliseren van de prestaties van nanobuisjes in gerichte toepassingen. Specifieke chiraliteiten zijn bijvoorbeeld veelbelovend voor elektronische apparaten, opto-elektronica en veldeffecttransistors. Koolstofnanobuisjes kunnen ook dienen als basis voor nanocomposieten met op maat gemaakte mechanische en elektrische eigenschappen.

Door het vermogen te beheersen om nanobuisjes met specifieke atomaire structuren te synthetiseren, zorgen de onderzoekers voor een belangrijke stap voorwaarts in het ontsluiten van het potentieel van deze wonderen van nanogrootte voor geavanceerde technologische toepassingen.