I två nya tidningar, Rice University forskare rapporterar att de använder ultracentrifugering (UCF) för att skapa högt renade prover av kolnanorörsarter.
Ett lag, ledd av risprofessor Junichiro Kono och doktorander Erik Haroz och William Rice, har tagit ett litet men betydelsefullt steg mot drömmen om ett effektivt rikstäckande elnät som är beroende av högledande kvantnanotråd.
Den andra, ledd av risprofessor Bruce Weisman och doktorand Saunab Ghosh, anställde UCF för att förbereda strukturellt sorterade partier av halvledande nanorör som kunde hitta kritiska användningsområden inom medicin och elektronik.
UCF är vad det låter som:en supersnabb version av centrifugprocessen som medicinska labbtekniker använder för att separera blodkroppar från plasma.
Processen går ut på att suspendera blandningar av enkelväggiga kolnanorör i kombinationer av vätskor med olika densitet. När den snurras av en centrifug vid upp till 250, 000 g - det är 250, 000 gånger tyngdkraften - nanorören migrerar till vätskorna som matchar deras egen speciella täthet. Efter flera timmar i centrifugen, provröret blir en färgglad parfait med lager av renade nanorör. Varje art har sina egna elektroniska och optiska egenskaper, som alla är användbara på olika sätt.
Weismans labb rapporterade sina resultat i dagens onlineupplaga av Naturens nanoteknik . Weisman är professor i kemi vid Rice.
Konos labb rapporterade nyligen sina resultat i onlineupplagan av ACS Nano . Kono är professor i elektro- och datateknik och professor i fysik och astronomi.
Bristen på rena partier av nanorörarter "har varit ett verkligt hinder i fältet i nästan 20 år, " sa Weisman. Även om UCF-tekniken inte är ny, Ghosh fann att noggrann finjustering av gradientstrukturen lät honom sortera minst 10 av de många arterna av nanorör som finns i ett enda prov som producerats av Rice-skapade HiPco-processen.
Grundforskning är en stor tidig vinnare, "för när du kan få rena prover av nanorör, du kan lära dig så mycket mer om dem, " sa Weisman. "För det andra, vissa elektroniska applikationer blir mycket enklare eftersom rörtypen bestämmer nanorörets bandgap, en avgörande elektronisk egenskap." Biomedicinska applikationer kan dra nytta av att utnyttja de optiska egenskaperna hos specifika typer av nanorör.
I Kono-labbet, metalliska nanorör steg till toppen av den snurrande flaskan medan nästan alla halvledande nanorör sjönk till botten. Det som förvånade de ledande forskarna Haroz och Rice var att nästan alla metallrör var SWNT-fåtöljer, den mest önskvärda arten för tillverkning av kvantnanowire. Sicksackarter och nästan sicksackarter, anses också vara metallisk, skulle också sjunka ut.
Nanorör för fåtöljer är så kallade på grund av sina "U"-formade ändsegment. Teoretiskt sett, fåtöljer är de mest ledande nanorören, att låta elektroner ladda ner i mitten utan att något bromsar dem.
Sammansättningen av gradientlösningen gjorde en skillnad i kvaliteten på proverna, sa Haroz. "En av de ytaktiva medlen vi använder, natriumcholat, har en molekylstruktur som liknar ett nanorör - i princip hexagoner sammansatta, " sa han. "Vi tror att det finns en matchning mellan natriumcholatet och strukturen hos nanorör, och den binder lite bättre till en fåtölj än den gör till sicksack."
Hinder kvarstår i vägen till nanotrådar för kvantfåtöljer som nanoteknikpionjären och nobelpristagaren Richard Smalley, Haroz första mentor på Rice som dog 2005, ansågs vara ett universalmedel för många av världens problem. Fixa distributionen av energi och lösningar på andra utmaningar - rent vatten, mat, miljöproblem - kommer att falla på plats, han trodde.
"Steg 1 i fåtölj quantum nanowire-projektet är, "Kan vi få fåtöljer?" Det har vi gjort, ", sa Haroz. "Låt oss nu göra makroskopiska strukturer - inte nödvändigtvis långa kablar, men små strukturer - för att testa deras ledningsförmåga."
