Rice University forskare har hittat det "ultimata" lösningsmedlet för alla typer av kolnanorör (CNT), ett genombrott som för skapandet av en mycket ledande kvantnannotråd allt närmare.

Nanorör har den frustrerande vanan att bunta ihop, vilket gör dem mindre användbara än när de separeras i en lösning. Risforskare ledda av Matteo Pasquali, en professor i kemi och biomolekylär teknik och i kemi, har försökt reda ut dem i flera år när de letar efter skalbara metoder för att göra exceptionellt starka, ultralätt, mycket ledande material som kan revolutionera kraftdistributionen, som fåtöljens kvanttråd.

Fåtöljens kvanttråd - en makroskopisk kabel av välinriktade metalliska nanorör - föreställdes av den sene Richard Smalley, en riskemist som delade Nobelpriset för sin del i att upptäcka familjen av molekyler som inkluderar kolnanoröret. Rice firar 25-årsdagen av den upptäckten i år.

Pasquali, primärförfattaren Nicholas Parra-Vasquez och deras kollegor rapporterade denna månad i online-tidskriften ACS Nano att klorsulfonsyra kan lösa halvmillimeter långa nanorör i lösning, ett kritiskt steg i spinning av fibrer från ultralånga nanorör.

Nuvarande metoder för att lösa kolnanorör, som inkluderar att omge rören med tvålliknande ytaktiva ämnen, dopa dem med alkalimetaller eller fästa små kemiska grupper på sidoväggarna, dispergera nanorör i relativt låga koncentrationer. Dessa tekniker är inte idealiska för fiberspinning eftersom de skadar egenskaperna hos nanorören, antingen genom att fästa små molekyler på deras ytor eller genom att förkorta dem.

Några år sedan, risforskarna upptäckte att klorsulfonsyra, en "supersyra, " lägger till positiva laddningar till ytan av nanorören utan att skada dem. Detta gör att nanorören spontant separeras från varandra i sin naturliga buntade form.

Denna metod är idealisk för att göra nanorörslösningar för fiberspinning eftersom den producerar flytande doper som liknar de som används vid industriell spinning av högpresterande fibrer. Tills nyligen, forskarna trodde att denna upplösningsmetod endast skulle vara effektiv för korta enkelväggiga nanorör.

I den nya tidningen, Rice-teamet rapporterade att syraupplösningsmetoden också fungerar med alla typer av kolnanorör, oavsett längd och typ, så länge nanorören är relativt fria från defekter.

Parra-Vasquez beskrev processen som "mycket lätt."

"Bara att lägga till nanorören till klorsulfonsyra resulterar i upplösning, utan att ens blanda, " han sa.

Medan tidigare forskning hade fokuserat på enkelväggiga kolnanorör, teamet upptäckte att klorsulfonsyra också är skicklig på att lösa upp multiwalled nanorub (MWNTs). "Det finns många processer som gör flerväggiga nanorör till en billigare kostnad, och det finns mycket forskning med dem, sade Parra-Vasquez, som tog sin doktorsexamen i Rice förra året. "Vi hoppas att detta kommer att öppna upp nya forskningsområden."

De observerade också för första gången att långa SWNTs spridda av supersyra bildar flytande kristaller. "Vi visste redan att med kortare nanorör, den flytande kristallina fasen skiljer sig mycket från traditionella flytande kristaller, så flytande kristaller bildade från ultralånga nanorör borde vara intressant att studera, " han sa.

Parra-Vasquez, nu postdoktor vid Centre de Physique Moleculaire Optique et Hertzienne, Université de Bordeaux, talang, Frankrike, kom till Rice 2002 för forskarstudier hos Pasquali och Smalley.

Studie medförfattare Micah Green, biträdande professor i kemiteknik vid Texas Tech och en tidigare postdoktor i Pasqualis forskargrupp, nämnda arbete med långa nanorör är nyckeln till att uppnå exceptionella egenskaper i fibrer eftersom både de mekaniska och elektriska egenskaperna beror på längden på de ingående nanorören. Pasquali sa att användning av långa nanorör i fibrerna skulle förbättra deras egenskaper i storleksordningen en till två magnituder, och att liknande förbättrade egenskaper också förväntas i tunna filmer av kolnanorör som undersöks för flexibla elektroniktillämpningar.

Ett omedelbart mål för forskare, Parra-Vasquez sa, kommer att vara att hitta "stora mängder av ultralånga enkelväggiga nanorör med låga defekter - och sedan göra den fibern vi har drömt om att göra sedan jag kom till Rice, en dröm som Rick Smalley hade och som vi alla har delat sedan dess."