_ Cercetătorii descoperă o modalitate de a leagă nanotuburile de metale

Nanotuburile de carbon s-au dovedit a fi promițătoare pentru orice, de la microelectronică la aviație până la stocarea energiei. Cercetătorii cred că acest material ar putea într-o zi să împlinească visul științifico-fantastic de a crea un lift în spațiu.

De ce nu sunt folosite mai des?

Chimistul de la Universitatea din Cincinnati, Noe Alvarez a spus un obstacol a fost incapacitatea frustrantă de a lega nanotuburi de carbon de suprafețe metalice într-o conexiune robustă pentru senzori, tranzistori și alte utilizări. Aceste tuburi goale au un diametru de doar o miliardime de metru, dar pot avea o lungime de mulți centimetri.

„Vrem ca experimentele noastre să fie reproductibile și consistente, dar acest lucru nu este ușor posibil cu nanotuburi, deoarece nu putem. controlează cât de bine sunt conectate la suprafețele metalice”, a spus el.

Dar el și colaboratorii săi au demonstrat un nou proces chimic care grefează nanotuburi pe suprafețele metalice pentru a crea o legătură puternică, consistentă și conductivă. Studiul a fost publicat în jurnalul Nanoscale Advances.

În iterațiile anterioare, nanotuburi de carbon au fost dispersate într-o soluție pentru a face ceea ce Alvarez aseamănă cu „spaghete umede” care se lipesc de o suprafață metalică.

„Dar nu există o conexiune robustă. Nimic nu ține cu adevărat nanotuburile la suprafață”, a spus el.

Așadar, măsurătorile proprietăților precum conductivitatea electrică au fost imprecise și inconsecvente.

Alvarez și partenerii săi de cercetare de la Universitatea Texas A&M, conduși de profesorul de inginerie chimică Jorge Seminario, au demonstrat modalități de a lega nanotuburile chimic de cupru, aluminiu, aur și alte suprafețe metalice.

Alvarez și colaboratorii săi au primit o sumă de 720.000 USD. grant de la Fundația Națională de Știință pentru a detalia descoperirea lor chimică în următorii trei ani.

„De ce nu vedem nanotuburi de carbon în aplicații comerciale larg răspândite, deși au atât de mult potențial? Avem multe să-mi dau seama", a spus Chaminda Nawarathne, studentul de doctorat și autorul principal al studiului.

Alvarez și coautorii săi au descoperit prin calcule computaționale că atomii de carbon din legătura organică se leagă de fapt cu doi atomi de cupru, creând un legătură puternică.

„Asta explică de ce nanotuburile noastre odată ce sunt conectate chimic rămân conectate”, a spus Alvarez.

Nanotuburile de carbon sunt molecule notoriu de puternice. Structura lor moleculară creează o rețea hexagonală elegantă. "Legăturile de carbon sunt cele mai puternice legături. Sunt legături covalente. De aceea diamantul este cel mai dur material, deoarece sunt legături carbon-carbon", a spus Alvarez.

În timp ce atomii de carbon din diamante sunt legături simple, carbonul Nanotuburile au atomi conjugați cu duble legătură, făcându-i chiar mai puternici decât diamantele.

Cablurile realizate din nanotuburi de carbon puternice, dar ușoare, au fost concepute pentru a crea „ascensoare spațiale” care ar putea transporta echipamentele pe orbită, a spus Alvarez. Un lift spațial a fost descris în scena de deschidere a filmului Brad Pitt „Ad Astra”.

Dar puterea este doar una dintre proprietățile lor unice.

Nanotuburile de carbon sunt folosite pentru a crea cel mai negru material sintetic de pe Pământ. Alvarez a spus că legăturile lor puternice cu metalul ar putea duce la vopsele și acoperiri mai bune.

„Nanotuburile sunt destul de inerte. Sunt foarte stabile. Le puteți conjuga fără a le rupe legăturile. Nanotuburile semiconductoare au, de asemenea, proprietăți de fluorescență— pot genera lumină”, a spus Alvarez. „Deci, lista de aplicații continuă și continuă.”

Nawarathne a spus că urmărește potențiale aplicații în stocarea energiei.

„Acum, că putem lega nanotuburile de carbon de un colector curent. sau sondă metalică, putem face electrozi foarte stabili pentru supercondensatori”, a spus Nawarathne.

Studenții la chimie de la UC „cresc” nanotuburi pe discuri de siliciu folosind un proces numit depunere chimică catalitică în vapori în echipamente care încălzește reactivii și un catalizator de fier la 1.450 °F.

„Este roșu- fierbinte”, a spus Alvarez, arătând spre un obiect vizibil printr-o fereastră de sticlă din mașina de mărimea unui cuptor. „Este ca o tavă de copt. Catalizatorul intră aici.”

După 45 de minute, pe siliciu apare un strat subțire de nanotuburi de carbon. De acolo, cercetătorii au reușit să electrogrefeze nanotuburile pe o varietate de suprafețe metalice. Inițial, au folosit mănunchiuri de nanotuburi, dar prin procese rafinate au învățat că pot conecta nanotuburi aliniate vertical.

„Este ca și cum ai încerca să conectezi lâna înapoi la o oaie. Ai fire care au fost tunse de la oaie. Noi sunt capabili să conecteze chimic fibrele individuale înapoi la oaie”, a spus el.

(Fluierul)