Kolnanofibrer lovar teknologier som sträcker sig från medicinsk bildbehandlingsutrustning till exakta vetenskapliga mätverktyg, men tiden och kostnaden för att enhetligt skapa nanofibrer av rätt storlek har varit ett hinder – fram till nu. En ny studie från North Carolina State University visar en förbättrad metod för att skapa kolnanofibrer av specifika storlekar, samt förklara vetenskapen bakom metoden.

"Kolnanofibrer har en mängd potentiella tillämpningar, men deras användbarhet påverkas av deras diameter – och att kontrollera diametern på nanofibrer har historiskt sett varit kostsamt och tidskrävande, " säger Dr Anatoli Melechko, en docent i materialvetenskap och teknik vid NC State och medförfattare till en artikel som beskriver studien.

Specifikt, forskarna har visat att nickelnanopartiklar belagda med ett ligandskal kan användas för att odla kolnanofibrer som är enhetliga i diameter. Ligander är små organiska molekyler som har funktionella grupper (delar av molekylen) som binder direkt till metaller. Nickelnanopartiklar är av särskilt intresse eftersom de – vid höga temperaturer – kan fungera som katalysatorer för odling av kolnanofibrer.

"Vad vi lärde oss är att ligandskalet, som består av trioktylfosfin, genomgår kemiska förändringar vid höga temperaturer – omvandlas gradvis till ett grafitliknande skal, " säger Dr Joe Tracy, en medförfattare till uppsatsen och biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid NC State. "Dessa "grafitiska" skal förhindrar att nickelnanopartiklarna klumpas ihop vid förhöjda temperaturer, vilket är ett problem för högtemperaturapplikationer som involverar nanopartiklar."

Att använda nanopartiklar för att odla nanofibrer är användbart, eftersom fibrerna tenderar att ha samma diameter som nanopartiklarna de växer från. Om du behöver nanofibrer som är 20 nanometer (nm) i diameter, du skulle helt enkelt använda nanopartiklar som är 20 nm i diameter som din katalysator.

"Det är därför det är viktigt att kontrollera diametern på nanopartiklarna. Om de börjar klumpa ihop sig vid höga temperaturer, det slutar med att du odlar nanofibrer av många olika, större storlekar, " Melechko säger. "Denna forskning ger oss en bättre grundläggande förståelse av förhållandet mellan nickelnanopartiklar, ligander och kolnanofibersyntes."

Att använda nanopartiklar för att odla nanofibrer har en annan fördel – det låter dig definiera var nanofibrerna växer och hur de är ordnade. Om du behöver nanofibrerna för att växa i ett specifikt mönster, du skulle ordna nanopartiklarna i det mönstret innan du odlade fibrerna.