Fåtölj kol nanorör, så namngiven för arrangemanget av atomer som får deras ändar att se ut som fåtöljer, är de mest önskvärda bland nanorörsforskare för sina överlägsna elektriska egenskaper. Kredit:Erik Hároz
(Phys.org)—De första frukterna av ett samarbetsprojekt mellan forskare vid Rice University och National Institute of Standards and Technology (NIST) har dykt upp i en artikel som samlar en mängd information för dem som vill använda de unika egenskaperna av metalliska kolnanorör.
Artikeln publicerades nyligen i tidskriften Royal Society of Chemistry Nanoskala samlar forskning om separationen och grundläggande egenskaper hos fåtöljs kolnanorör, som har varit av särskilt intresse för forskare som försöker ställa in deras elektroniska och optiska egenskaper.
Detta papper, sa risfysikern Junichiro Kono, ger forskare en värdefull resurs för detaljerad information om metalliska kolnanorör, speciellt nanorör för fåtöljer. "I grund och botten, vi sammanfattade alla våra senaste fynd såväl som all information vi kunde hitta i litteraturen om metalliska nanorör, tillsammans med detaljerade redogörelser för beredningsmetoder för metallberikade nanorörsprover, för att visa samhället hur mycket vi nu förstår om dessa endimensionella metaller, " han sa.
Som en del av det långa arbetet, teamet sammanställde och publicerade tabeller över viktig statistik, inklusive optiska egenskaper, för en mängd metalliska nanorör. "Vi tillhandahåller grundläggande teoretisk bakgrund och visar sedan mycket detaljerade experimentella resultat om unika egenskaper hos metalliska nanorör, " Sa Kono. "Detta dokument sammanfattar vilken typ av aspekter som förstås, och vad är det inte, om grundläggande optiska processer i nanorör och kommer att göra det lättare för forskare att identifiera deras spektroskopiska egenskaper och övergångsenergier."
Lager av nanorör antar olika färger efter separation via densitetsgradient ultracentrifugering vid Rice University. Kredit:Erik Hároz
Nanorör finns i många smaker, beroende på deras kiralitet. Kiralitet är ett kännetecken som liknar vinklarna vid vilka ett platt pappersark kan riktas in när det lindas in i ett rör. Skär röret på mitten och atomerna vid den öppna kanten skulle ställas upp i form av en fåtölj, en sicksack eller någon variant. Även om deras råmaterial är identiskt – kycklingtrådsliknande hexagoner av kol – gör kiraliteten stor skillnad i hur nanorör överför elektricitet.
Fåtöljer är de mest eftertraktade eftersom de inte har något bandgap; elektroner strömmar igenom utan motstånd. Kablar gjorda med nanorör för fåtöljer har potential att flytta elektricitet över stora avstånd med praktiskt taget ingen förlust. Det gör dem till guldstandarden som grundelementet i kvanttråd för fåtöljer. Den pågående utvecklingen av denna mycket starka, lättvikt, högkapacitetskabel kan ytterligare förbättra rekordegenskaperna för multifunktionella kolnanorörsfibrer som utvecklas av gruppen av risprofessorn Matteo Pasquali.
En molekylär modell visar en enkel-sträng av DNA (det gula bandet) lindad runt ett "fåtölj" kolnanorör. Bilden illustrerar en process som skapats av National Institute of Standards and Technology-forskaren Ming Zheng för att göra mycket renade prover av nanorör för fåtöljer, en av flera processer som beskrivs i en ny nanoskala av forskare vid NIST, Rice University och Los Alamos National Laboratory. Kredit:Roxbury, Jagota/NIST
Det nya verket som leds av Kono och Robert Hauge, en framstående fakultetsstipendiat i kemi vid Rice, tillsammans med forskare vid NIST och Los Alamos National Laboratory, ser bortom fåtöljens etablerade elektriska egenskaper för att ytterligare detaljera deras potential för elektronisk, avkänning, optiska och fotoniska anordningar.
"Självklart, att ta sig dit, vi behöver riktigt bra prover, ", sade Kono. "Många applikationer kommer att förlita sig på vår förmåga att separera kolnanorör och sedan sätta ihop makroskopiskt beställda strukturer som består av nanorör med en kiralitet. Ingen kan göra det vid det här laget."
När en sats av nanorör kommer ut ur en ugn, det är ett virrvarr av typer. Det gör en detaljerad analys av deras egenskaper – än mindre deras praktiska användning – en utmaning.
Men tekniker som utvecklats under de senaste åren på Rice och av NIST-forskaren Ming Zheng för att rena metalliska nanorör börjar förändra det. Rice-studenten Erik Hároz sa att nyligen genomförda experiment etablerade "otvetydiga bevis" för att en process som han och Kono använder som kallas densitetsgradient-ultracentrifugering kan berika ensembleprover av fåtöljer. Att ta saker längre, Zhengs metod för DNA-baserad jonbyteskromatografi ger mycket små prover av ultrarena nanorör för fåtöljer med en enda kiralitet.
Rice och NIST tittar nu på sätt att kombinera metoderna för att få större partier av en specifik fåtöljkiralitet, sa Kono.
Om någon kan åstadkomma ett sådant genombrott, dessa labb kan, han sa. "Vårt team har de bästa möjliga fåtöljproverna tillgängliga tack vare dessa två metoder, och vi har nyligen gjort betydande framsteg i att öka vår förståelse för egenskaperna hos nanorör i fåtöljer, som beskrivs i denna Nanoskala artikel."
