(PhysOrg.com) - Ett laboratorium vid Rice University har gått framåt med en effektiv metod för att sprida nanorör på ett sätt som bevarar deras unika egenskaper - och lägger till fler.

Den nya tekniken gör att oorganiska metallkomplex med olika funktioner kan förbli i nära kontakt med enväggiga kolnanorör samtidigt som de hålls åtskilda i en lösning.

Den separationen är avgörande för tillverkare som vill snurra fiber från nanorör, eller blanda dem i kompositmaterial för styrka eller för att dra nytta av deras elektriska egenskaper. Till att börja, förmågan att funktionalisera nanorören samtidigt kan leda till bildsensorer, katalys och solaktiverade vätebränsleceller.

Ännu bättre, ett parti nanorör kan tydligen hålla sig spridda i vatten i veckor i rad.

Att hålla kolnanorör från att klumpa ihop sig i vattenlösningar och kombinera dem med molekyler som tillför nya förmågor har varit flugor i salvan för forskare som undersöker användningen av dessa mycket mångsidiga material.

De har försökt fästa organiska molekyler på nanorörens ytor för att lägga till funktionalitet och löslighet. Men även om dessa tekniker kan skilja nanorör från varandra, de tar en vägtull på nanorörens elektroniska, termiska och mekaniska egenskaper.

Angel Marti, en assisterande professor i kemi och bioingenjör och en Norman Hackerman-Welch Young Investigator, och hans studenter rapporterade den här månaden i tidskriften Royal Society of Chemistry Kemisk kommunikation att ruteniumpolypyridylkomplex är mycket effektiva för att dispergera nanorör i vatten effektivt och under långa perioder. Rutenium är ett sällsynt metalliskt element.

En nyckel är att ha precis rätt molekyl för jobbet. Marti och hans team skapade ruteniumkomplex genom att kombinera elementet med ligander, stabila molekyler som binder till metalljoner. Det resulterande molekylkomplexet är dels hydrofobt (liganderna) och dels hydrofilt (rutenium). Liganderna binder starkt till nanorör medan de bifogade ruteniummolekylerna interagerar med vatten för att hålla rören i lösning och hålla dem åtskilda från varandra.

En annan nyckel visade sig vara måttlighet.

Ursprungligen, Marti sa, han och medförfattarna Disha Jain och Avishek Saha var inte ute efter att lösa ett problem som har förvirrat kemister i årtionden, men deras vilja att "göra något galet" lönade sig i stort. Jain är en tidigare postdoktor i Martis laboratorium, och Saha är en doktorand.

Forskarna tittade på ruteniumkomplex som en del av en studie för att spåra amyloidavlagringar i samband med Alzheimers sjukdom. "Vi började undra vad som skulle hända om vi modifierade metallkomplexet så att det kunde binda till ett nanorör, "Sa Marti." Det skulle ge löslighet, individualisering, spridning och funktionalitet. "

Det gjorde, men inte först. "Avishek satte ihop detta med renade enväggiga kolnanorör (skapade via Rices HiPco-process) och sonikerade. Absolut ingenting hände. Nanorören hamnade inte i lösning-de klumpade sig bara i botten.

"Det var väldigt konstigt, men det är så vetenskapen fungerar - vissa saker som du tycker är bra idéer fungerar aldrig. "

Saha tog bort vätskan och lämnade de klumpade nanorören längst ner i centrifugröret. "Så jag sa, 'Väl, varför gör du inget galet. Tillsätt bara vatten till det, och med den lilla rutenium som kan finnas kvar, försök göra reaktionen. ' Han gjorde det, och lösningen blev svart. "

En låg koncentration av rutenium gjorde susen. "Vi fick reda på att 0,05 procent av ruteniumkomplexet är den optimala koncentrationen för att lösa upp nanorör, "Marti sa. Ytterligare experiment visade att enkla ruteniumkomplex ensamma inte fungerade. Molekylen kräver sin hydrofoba ligandsvans, som försöker minimera sin exponering för vatten genom att binda med nanorör. "Det är samma sak nanorör vill göra, så det är ett gynnsamt förhållande, " han sa.

Marti fann också nanorörens naturliga fluorescens opåverkad av ruteniumkomplexen. "Även om de har renats, som kan införa defekter, de uppvisar fortfarande mycket bra fluorescens, " han sa.

Han sa att vissa ruteniumkomplex har förmågan att stanna i ett upphetsat tillstånd länge - cirka 600 nanosekunder, eller 100 gånger längre än normala organiska molekyler. "Det betyder att sannolikheten för att den ska överföra en elektron är hög. Det är bekvämt för energioverföringsapplikationer, som är viktiga för bildbehandling, " han sa.

Att nanorör förblir avstängda under en längre tid borde fånga ögonen på tillverkare som använder dem i bulk. "De borde hålla sig separerade i veckor utan problem, "Marti sa." Vi har lösningar som har suttit i månader utan några tecken på att krascha. "