Kolnanorör - långa, ihåliga cylindrar av kolmiljarddelar av en meter i diameter -- har många potentiella användningsområden inom nanoteknik, optik, elektronik, och många andra områden. De exakta egenskaperna hos nanorör beror på deras struktur, och forskare har ännu lite kontroll över den strukturen, som bestäms under den initiala bildningen - eller tillväxten - av nanorören. Faktiskt, säger kemiingenjören och materialforskaren Eray Aydil vid University of Minnesota, "vi vet inte exakt hur nanorören växer."

I en artikel i American Institute of Physics' Journal of Applied Physics, Aydil, professor i kemiteknik och materialvetenskap och Ronald L. och Janet A. Christenson-stolen i förnybar energi, och hans kollegor kastar nytt ljus över processen. Särskilt, forskarna undersökte vätgasens inverkan.

"Kolnanorör växer från en metallkatalysatorpartikel som är nedsänkt i en gas som metan, Aydil förklarar. "Ibland tillsätts också vätgas och man fann att lite väte hjälper till att växa kolnanorör med fina raka väggar och med få defekter. Dock, för mycket vätetillsats ger fibrer med tjocka väggar, istället för nanorör, eller ingen tillväxt alls."

För att förstå varför, Aydil och kollegor använde transmissionselektronmikroskopi och andra metoder för att systematiskt avbilda och karakterisera effekterna av ökande koncentrationer av väte. "Det visar sig att järnmetallkatalysatorerna blir till järnkarbid genom att reagera med kolet i metan. Järnkarbid är ett hårt material som inte lätt deformeras, och kolnanorör odlade från sådana katalysatorer tenderar att ha fina raka väggar, " han säger.

Att tillsätta mer väte till blandningen gör att järnkarbid förvandlas till järn - vilket är mer formbart och formbart, och "deformeras till former som ger upphov till mer fiberliknande strukturer snarare än ihåliga kolnanorör, " säger han. Vid högre koncentrationer, väte etsar de bildande kolnanorören, "och tillväxten avstannar tillsammans. Det är vätets interaktion med katalysatorerna och dess effekt på katalysatorns struktur som styr kolnanorörsstrukturen."