(PhysOrg.com) -- Ett internationellt forskarlag har upptäckt en ny metod för att tillverka bälten av grafen som kallas nanoband. Genom att använda väte, de har lyckats packa upp enkelväggiga kolnanorör. Metoden öppnar också vägen för att producera nanoband av grafan, en modifierad och lovande version av grafen.
En tunn flinga vanligt kol, bara en atom tjock, blev världsberömd förra året. Upptäckten av supermaterialet grafen gav Andre Geim och Konstantin Novoselov Nobelpriset i fysik 2010. Grafen har en lång rad ovanliga och mycket intressanta egenskaper. Som ledare av elektricitet fungerar den lika bra som koppar. Som värmeledare överträffar den alla andra kända material.
Det finns möjligheter att uppnå starka variationer av grafenegenskaperna till exempel genom att göra grafen i form av bälten med olika bredd, så kallade nanoband. Nanoband förbereddes för första gången för två år sedan. En metod för att framställa dem är att utgå från kolnanorör och att använda syrebehandling för att packa upp till nanorband. Dock, denna metod lämnar syreatomer på kanterna av nanoband, vilket inte alltid är önskvärt.
I den nya studien visar forskargruppen att det också är möjligt att packa upp enkelväggiga kolnanorör genom att använda en reaktion med molekylärt väte. Nanoband som produceras med den nya metoden kommer att ha väte på kanterna och det kan vara en fördel för vissa applikationer. Alexandr Talyzin, fysiker vid Umeå universitet i Sverige, har under det senaste decenniet studerat hur väte reagerar med fullerener, som är fotbollsformade kolmolekyler.
"Att behandla kolnanorören med väte var en logisk förlängning av vår forskning. Vår tidigare erfarenhet har varit till stor hjälp i detta arbete, ” säger Alexandr Talyzin.
Nanorör stängs vanligtvis av halvsfäriska koppar, i huvudsak hälften av fullerenmolekyler. Forskarna har tidigare bevisat att fullerenmolekyler kan förstöras helt genom mycket kraftig hydrering. Därför, de förväntade sig liknande resultat för nanorörsändkoppar och försökte öppna nanorören genom att använda hydrering. Effekten bekräftades verkligen och de lyckades även avslöja några andra spännande effekter.
Den mest intressanta upptäckten var att vissa kolnanorör dragits upp i grafennanorband som ett resultat av långvarig vätebehandling. Vad som är ännu mer spännande – upplåsning av nanorör med väte fäst vid sidoväggarna kan möjligen leda till syntes av hydrerad grafen:grafan. Än så länge, grafan försökte syntetiseras mest genom reaktion av väte med grafen. Detta verkade vara väldigt svårt, speciellt om grafenet stöds på något substrat och endast en sida är tillgänglig för reaktionen. Dock, väte reagerar mycket lättare med den krökta ytan på kolnanorör.
"Vår nya idé är att använda hydrerade nanorör och packa upp dem till grafan nanorband. Än så länge, bara det första steget mot syntes av grafan nanorribbon är gjort och mycket mer arbete krävs för att göra vårt tillvägagångssätt effektivt, ” förklarar Alexandr Talyzin. ”Kombinerad erfarenhet och expertis från flera grupper vid olika universitet, var nyckeln till framgång."
Ilja V. Anoshkin, Albert G. Nasibulin, Jiang Hua och Esko I. Kauppinen vid Aalto-universitetet är experter på syntes och karakterisering av enkelväggiga kolnanorör. Valery M. Mikoushkin, Vladimir V. Shnitov och Dmitry E. Marchenko från St. Petersburg gjorde XPS och annan karakterisering med hjälp av synkrotronstrålning. Dag Noréus vid Stockholms universitet delade med sig av sin expertis med högtemperaturvätereaktorer.
