(Phys.org) - Forskare vid Rice University och Penn State University har upptäckt att tillsats av en skvätt bor till kol medan man skapar nanorör gör dem till fasta, svampig, återanvändbara block som har en häpnadsväckande förmåga att absorbera olja som spillts i vatten.

Det är en av en rad potentiella innovationer för materialet som skapats i ett enda steg. Teamet upptäckte för första gången att bor sätter knäckar och armbågar i nanorören när de växer och främjar bildandet av kovalenta bindningar, vilket ger svamparna deras robusta egenskaper.

Forskarna, som samarbetade med kamrater i laboratorier runt om i landet och i Spanien, Belgien och Japan, avslöjade deras upptäckt i Nature's online open-access journal Vetenskapliga rapporter .

Huvudförfattare Daniel Hashim, en doktorand i Rice lab of material scientist Pulickel Ajayan, sa att blocken båda är superhydrofoba (de hatar vatten, så de flyter riktigt bra) och oleofila (de älskar olja). Nanosvamparna, som är mer än 99 procent luft, leder också elektricitet och kan enkelt manipuleras med magneter.

Att demonstrera, Hashim tappade svampen i en skål med vatten med använd motorolja flytande ovanpå. Svampen sugit upp den. Han satte sedan en tändsticka på materialet, brände av oljan och återförde svampen till vattnet för att absorbera mer. Den robusta svampen kan användas upprepade gånger och tål missbruk; han sa att ett prov förblev elastiskt efter cirka 10, 000 kompressioner i labbet. Svampen kan också lagra oljan för senare hämtning, han sa.

"Dessa prover kan göras ganska stora och kan enkelt skalas upp, Sade Hashim, innehar ett halvtums kvadratblock med miljarder nanorör. "De är superlåga, så den tillgängliga volymen är stor. Det är därför oljeupptagningen kan vara så hög. ”Han sa att svamparna som beskrivs i tidningen kan absorbera mer än hundra gånger sin vikt i olja.

Ajayan, Rices Benjamin M. och Mary Greenwood Anderson professor i maskinteknik och materialvetenskap och kemi, sade flerväggiga kolnanorör som odlas på ett substrat via kemisk ångdeponering brukar stå upprätt utan några riktiga kopplingar till sina grannar. Men de borintroducerade defekterna fick nanorören att binda sig på atomnivå, som trasslade in dem i ett komplext nätverk. Nanorörsvampar med oljeabsorberande potential har gjorts tidigare, men detta är första gången de kovalenta korsningarna mellan nanorör i sådana fasta ämnen har övertygande visats, han sa.

”Interaktionerna sker när de växer, och materialet kommer ut ur ugnen som en fast, ”Sa Ajayan. ”Människor har tillverkat fasta nanorör via bearbetning efter tillväxt men utan korrekta kovalenta anslutningar. Fördelen här är att materialet skapas direkt under tillväxt och kommer ut som ett tvärbundet poröst nätverk.

”Det är lätt för oss att göra nano -byggstenar, men att komma till makroskala har varit tufft, Sa han. ”Nanorören måste ansluta antingen genom ett smart sätt att skapa topologiska defekter, eller de måste svetsas ihop. ”

När han var en student på Ajayan’s vid Rensselaer Polytechnic Institute, Hashim och hans klasskamrater upptäckte tips om en topologisk lösning på problemet medan de deltog i ett utbytesprogram för National Science Foundation vid Institute of Scientific Research and Technology (IPICYT) i San Luis Potosí, Mexiko. Tidningens medförfattare, Mauricio Terrones, professor i fysik, materialvetenskap och teknik vid Penn State University med ett möte vid Shinshu University, Japan, ledde ett nanoteknologilabb där.

”Vårt mål var att hitta ett sätt att skapa tredimensionella nätverk av dessa kolnanorör som skulle bilda ett makroskalväv-ett svampigt block av nanorör som skulle vara tillräckligt stora och tjocka för att kunna rengöra oljespill och utföra andra uppgifter , ”Sa Terrones. ”Vi insåg att tricket var att lägga till bor - ett kemiskt element bredvid kol i det periodiska bordet - eftersom bor hjälper till att utlösa sammankopplingar av materialet. För att lägga till boret, vi använde mycket höga temperaturer och sedan ”stickade” vi ämnet i nanorörstyget. ”

Forskarna har stora förhoppningar på materialets miljöapplikationer. ”För oljeutsläpp, du måste göra stora ark av dessa eller hitta ett sätt att svetsa ihop ark (en process Hashim fortsätter att arbeta med), ”Sa Ajayan.

”Sanering av oljeutsläpp och miljörensning är bara början på hur användbara dessa nya nanorörsmaterial kan vara, ”Tillade Terrones. ”Till exempel, vi kan använda dessa material för att göra mer effektiva och lättare batterier. Vi kan använda dem som byggnadsställningar för benvävnadsregenerering. Vi kan till och med impregnera nanorörssvampen med polymerer för att tillverka robusta och lätta kompositer för bil- och flygindustrin. ”

Hashim suggested his nanosponges may also work as membranes for filtration.

“I don’t think anybody has created anything like this before, ” Ajayan said. “It’s a spectacular nanostructured sponge.”