(PhysOrg.com) - Forskare vid Imperial College London har utvecklat en mångsidig, praktisk och effektiv metod för att aktivera platser på ytan av kolnanorör (CNT) och därefter binda ett brett spektrum av molekyler till dem. Denna nya metod kommer att möjliggöra storskalig tillverkning av modifierade CNT.
Den nya metoden, rapporterade denna månad i tidningen Kemivetenskap , övervinner ett stort hinder i utvecklingen av tillämpningar i industriell skala för CNT. Det ger tillverkare en metod som, i princip, kan användas för att modifiera ytkemin hos den underliggande nanorörsstrukturen, på en stor skala. Ytmodifiering kan ge nya egenskaper eller möjliggöra efterföljande bearbetningssteg:t.ex. molekyler ympade till CNT kan introducera katalytisk aktivitet eller tillhandahålla kompatibilitet med särskilda lösningsmedel.
Vårt tillvägagångssätt är potentiellt ett mycket viktigt steg mot tillverkning av kolnanorör med specifika kemiska egenskaper, så kallad funktionalisering, i industriell skala, sa professor Milo Shaffer, huvudförfattare till studien från Department Chemistry vid Imperial College London. "Vår metod är extremt praktisk eftersom i princip, den kan utnyttja befintlig infrastruktur och ändå är den extremt mångsidig; det enorma utbudet av molekyler som kan bindas till CNT gör tekniken anpassningsbar till nästan alla tillämpningar."
"Vår teknik är i sig skalbar och, för första gången, det borde vara möjligt att funktionalisera CNT i samma skala som de produceras. Denna förändring är betydande eftersom industrins nuvarande kapacitet att tillverka CNT är hundratals, om inte tusentals, gånger större än dess förmåga att tillföra komplex ytkemi. Denna teknik bör öka tillgängligheten för funktionaliserade CNT, möjliggöra nya applikationer som kräver tillverkning i bulk, och därmed öka tillväxten på marknaden, " tillade professor Shaffer.
Metoden som professor Shaffer och hans kollegor har utvecklat bör tillåta att CNT:er lätt kan skräddarsys för potentiella applikationer som sensornätverk, filter, elektroder för elektrokemiska apparater, avancerade katalysatorer och för att förbättra CNT-kompatibilitet i, till exempel, kompositmaterial, lösningsmedel, och elektrolyter.
Nyckelsteget i den nya metoden involverar aktivering av CNT vid höga temperaturer under en inert atmosfär eller vakuum. Högtemperaturbehandlingen driver desorption av ytoxider på CNT-ytan, producerar reaktiva radikaler som därefter kan binda ett brett spektrum av funktionella molekyler för att modifiera CNTs fysikalisk-kemiska egenskaper. Radikalerna kan också initiera polymerisationen av monomerer, så att oligomerer av funktionella molekyler binds till CNT. Behandlingen orsakar ingen betydande skada på CNT-strukturen, eftersom ytplatserna som den aktiverar redan finns på nanorör som tillverkats med industriella standardmetoder. Antalet reaktiva webbplatser, och därmed graden av funktionalisering, kan ökas genom ytterligare oxidationssteg.
Professor Shaffers team har visat att de funktionella molekylerna är bundna till, och jämnt fördelat över, ytan av CNT. Medan molekylerna är bundna vid relativt låga densiteter, graden av funktionalisering är tillräcklig för att ge fördelar i industriella tillämpningar. Teamet har redan visat fästningen av katalytiska metallpartiklar, förbättrade lösligheter, och förbättrad vätning med polymermatriser.
Professor Shaffer sa:"Värmebehandlingen för att aktivera CNT är kompatibel med vissa befintliga produktionstekniker och kan lätt användas för att fungera med andra. Där de funktionella molekylerna som ska tillsättas är flyktiga, metoden kan utföras i gasfas utan behov av lösningsmedel, i vilket skede som helst. Frånvaron av lösningsmedel förenklar rening av de funktionaliserade CNT och, eftersom många lösningsmedel som används i våtaktiveringsmetoder är frätande och giftiga, detta alternativ har miljö- och riskkontrollfördelar. Det har också fördelen att det är mindre skadligt, mindre slösaktigt, och mindre tidskrävande än befintliga metoder."
