Forskare från North Carolina State University har hittat ett nytt sätt att utveckla raka kolnanofibrer på ett transparent underlag. Att odla sådana nanofiberbeläggningar är viktigt för användning i nya biomedicinska forskningsverktyg, solceller, vattenavvisande beläggningar och andra. Tekniken använder ett laddat kromgaller, och förlitar sig på joner för att säkerställa att nanofibrerna är raka, snarare än curling - vilket begränsar deras användbarhet.

"Detta är första gången, som jag känner till, där någon har kunnat odla raka kolnanofibrer på ett klart underlag, "säger Dr Anatoli Melechko, docent i materialvetenskap och teknik vid NC State och medförfattare till ett dokument som beskriver forskningen. "Sådana nanofibrer kan användas som genleveransverktyg. Och ett transparent substrat gör det möjligt för forskare att se hur nanofibrerna interagerar med celler, och att manipulera denna interaktion. "

Specifikt, nanofibrerna kan beläggas med genetiskt material och sedan sättas in i kärnan i en cell - till exempel för att underlätta forskning om genterapi. Det transparenta underlaget förbättrar synligheten eftersom forskare kan skina ljus genom det, skapa bättre kontrast och göra det lättare att se vad som händer.

Forskarna lärde sig också att joner spelar en nyckelroll för att säkerställa att kolnanofibrerna är raka. För att förstå den rollen, du behöver veta hur tekniken fungerar.

Nanofibrerna tillverkas genom att fördela nickelnanopartiklar jämnt på ett underlag av smält kisel (som är ren kiseldioxid). Underlaget läggs sedan över med ett fint galler av krom, som fungerar som en elektrod. Substratet och gallret placeras sedan i en kammare vid 700 grader Celsius, som sedan fylls med acetylen och ammoniakgas. Kromgallret är en negativt laddad elektrod, och toppen av kammaren innehåller en positivt laddad elektrod.

Elektrisk spänning appliceras sedan på de två elektroderna, skapa ett elektriskt fält i kammaren som exciterar atomerna i acetylen- och ammoniakgasen. Några av elektronerna i dessa atomer går sönder, skapa fria elektroner och positivt laddade atomer som kallas joner. De fria elektronerna accelererar runt kammaren, slår ännu fler elektroner loss. De positivt laddade jonerna dras till det negativt laddade nätet på kammarens golv.

Under tiden, nickelnanopartiklarna fungerar som katalysatorer, reagerar med kolet i acetylengasen (C ₂ H ₂ ) för att skapa grafitiska nanofibrer i kol. Katalysatorn åker på spetsen av nanofibern som bildas under den, som en snabbt växande pelare. Termen grafit betyder att nanofibrerna har kolatomer arrangerade i en sexkantig struktur - som grafit.

Ett problem med växande kolnanofibrer är att katalysatorns yta kan blockeras av en kolfilm som blockerar katalytisk verkan, förhindra ytterligare tillväxt av nanofibrer. Här kommer de jonerna in.

Jonerna som dras till kromnätet rör sig mycket snabbt, och de väljer den kortast möjliga vägen för att nå den negativt laddade metallen. I sin brådska att nå rutnätet, jonerna kolliderar ofta med nickelkatalysatorerna, knackar bort överskottet av kol - och tillåter ytterligare tillväxt av nanofibrer.

Eftersom jonerna dras till kromnätet, vinkeln vid vilken de träffar katalysatorerna beror på var katalysatorn är placerad i förhållande till gallret. Till exempel, om du tittar ner på rutnätet, en katalysator precis till höger om nätet kommer att verka lutad åt höger - eftersom joner skulle ha slagit katalysatorns högra sida i ett försök att nå nätet. Dessa nanofibrer är fortfarande raka - de kryper inte ihop - de lutar helt enkelt åt ena hållet. Huvuddelen av nanofibrerna, dock, är både raka och vertikalt inriktade.

"Detta fynd ger oss en möjlighet att skapa nya reaktorer för att skapa nanofibrer, byggnad i kromgaller, Säger Melechko.