(Phys.org) - En kol -nanorörssvamp som kan suga upp olja i vatten med oöverträffad effektivitet har utvecklats med hjälp av beräkningssimuleringar som utförts vid Department of Energy (DOE:s) Oak Ridge National Laboratory.

Kolnanorör, som består av atomtjocka kolplåtar rullade i cylindrar, har fångat vetenskaplig uppmärksamhet under de senaste decennierna på grund av deras höga styrka, potentiell hög konduktivitet och låg vikt. Men att producera nanorör i bulk för specialiserade applikationer begränsades ofta av svårigheter att kontrollera tillväxtprocessen samt att sprida och sortera de producerade nanorören.

ORNL:s Bobby Sumpter var en del av ett multinstitutionellt forskargrupp som satte sig för att odla stora klumpar nanorör genom att selektivt ersätta boratomer i det annars rena kolgitteret. Sumpter och Vincent Meunier, nu vid Rensselaer Polytechnic Institute, gjort simuleringar på superdatorer, inklusive Jaguar vid ORNL:s Leadership Computing Facility, för att förstå hur tillsatsen av bor skulle påverka kolnanorörsstrukturen.

"Varje gång du sätter en annan atom inuti det sexkantiga kolgitteret, som är ett kycklingtrådliknande nätverk, du stör det nätverket eftersom dessa atomer inte nödvändigtvis vill vara en del av hönsnätstrukturen, "Sumpter sa." Bor har ett annat antal valenselektroner, vilket resulterar i krökningsförändringar som utlöser en annan typ av tillväxt. "

Simuleringar och laboratorieexperiment visade att tillsatsen av boratomer uppmuntrade bildandet av så kallade "armbåge" -korsningar som hjälper nanorören att växa till ett 3D-nätverk. Teamets resultat publiceras i Nature Vetenskapliga rapporter .

"Istället för en skog med raka rör, du skapar en sammankopplad, vävt svampliknande material, "Sumpter sa." Eftersom det är sammankopplat, det blir tredimensionellt starkt, i stället för endast endimensionellt stark längs röraxeln. "

Ytterligare experiment visade lagets material, som är synligt för det mänskliga ögat, är extremt effektiv för att absorbera olja i förorenat havsvatten eftersom det drar till sig olja och stöter bort vatten.

"Det älskar kol eftersom det främst är kol, "Sumpter sa." Beroende på densiteten av olja till vattenhalt och densiteten i svampnätet, det kommer att absorbera upp till 100 gånger sin vikt i olja. "

Materialets mekaniska flexibilitet, magnetiska egenskaper, och styrka ger den ytterligare överklagande som en potentiell teknik för att hjälpa till med sanering av oljeutsläpp, Sumpter säger.

"Du kan återanvända materialet om och om igen eftersom det är så robust, "sa han." Att bränna det minskar inte väsentligt dess förmåga att absorbera olja, och att klämma den som en svamp skadar den inte heller. "

Materialets magnetiska egenskaper, orsakad av teamets användning av en järnkatalysator under nanorörets tillväxtprocess, betyder att den enkelt kan kontrolleras eller tas bort med en magnet i ett oljesaneringsscenario. Denna förmåga är en förbättring jämfört med befintliga ämnen som används vid oljeborttagning, som ofta lämnas kvar efter rengöring och kan försämra miljön.

Det experimentella teamet har lämnat in en patentansökan på tekniken genom Rice University. Forskningen publiceras som "kovalent bundna tredimensionella kolnanorörsämnen via borinducerade nanojunctions, "och är tillgängligt online.