Kroneter "burar" fäller kaliumjoner men lämnar nanorör med en avstötande negativ laddning i lösningar som kommer att vara värdefulla för att bilda mycket starka, mycket ledande kolnanorörsfibrer. Rice University -upptäckten visas i ACS Nano . Upphovsman:Martí Group/Rice University
(Phys.org) —Ett Rice University -laboratoriums cagey -strategi förvandlar negativt laddade kolnanorör till flytande kristaller som kan förbättra skapandet av fibrer och filmer.
Det senaste steget mot att göra makromaterial av mikroskopiska nanorör beror på burliknande kronetrar som fångar kaliumkatjoner. Negativt laddade kolnanorör associeras med kaliumkatjoner för att bibehålla sin elektriska neutralitet. I själva verket, etrar hjälper till att avlägsna dessa katjoner från ytan av nanorören, resulterar i en nettoladdning som hjälper till att motverka den elektriska van der Waals -attraktionen som normalt gör kolnanorör till en oanvänd klump.
Processen av riskemisten Angel Martí, hans studenter och kollegor avslöjades i American Chemical Society journal ACS Nano .
Kolnanorör har länge ansetts vara en potentiell grund för ultrasterka, mycket ledande fibrer-en förutsättning som visats i det senaste arbetet av Rice-professor och medförfattare Matteo Pasquali-och att förbereda dem har berott på användningen av en "supersyra, "klorsulfonsyra, som ger nanorören en positiv laddning och får dem att stöta bort varandra i en lösning.
Martí och de första författarna Chengmin Jiang och Avishek Saha, båda doktorander på Rice, bestämde sig för att titta på att producera nanorörslösningar från en annan vinkel. "Vi såg i litteraturen att det fanns ett sätt att göra det motsatta och ge ytan på nanorören negativa laddningar, "Sa Martí. Det innebar infusion av enväggiga kolnanorör med alkalimetaller, I detta fall, kalium, och förvandla dem till ett slags salt som kallas en polyelektrolyt. Blanda dem till ett organiskt lösningsmedel, dimetylsulfoxid (DMSO), tvingade de negativt laddade nanorören att kasta några kaliumjoner och stöta bort varandra, men i för låga koncentrationer för extrudering till fibrer och filmer.
Det tog tillägg av etermolekyler som kallas 18-krona-6 för deras kronliknande atomarrangemang. Kronorna har en särskild aptit för kalium; de tar bort de återstående jonerna från nanorörets väggar och avlägsnar dem. Rörens avstötande egenskaper blir större och möjliggör fler nanorör i en lösning innan van der Waals tvingar dem att koagulera.
Nanorör spridda över ytan på en bild visar att negativa laddningar som appliceras på rören är effektiva vid dispergering. Forskningen vid Rice University kommer att bidra till ett mer effektivt skapande av makroskalmaterial från nanorör. Upphovsman:Martí Group/Rice University
Vid kritisk massa, nanorör suspenderade i lösning tar slut på rummet och bildar en flytande kristall, Sa Martí. "De anpassar sig när de blir så trånga i lösningen att de inte kan packa närmare i ett slumpmässigt inriktat tillstånd, "sa han." Elektrostatiska avstötningar hindrar van der Waals interaktioner från att ta över, så nanorör har inget annat val än att anpassa sig, bildar flytande kristaller. "
Flytande kristallina nanorör är avgörande för produktion av starka, ledande fiber, som fibern som uppnås med supersyra suspensioner. Men Martí sa att negativt innebär att nanorör lättare kan funktionaliseras - det vill säga kemiskt förändrad för specifika användningsområden.
"De negativa laddningarna på ytan av nanorören tillåter kemiska reaktioner som du inte kan göra med supersyror, "Sa Martí." Du kan, till exempel, kunna funktionalisera ytan på kolnanorören samtidigt som du tillverkar fiber. Du kanske kan tvärbinda nanorör för att göra en starkare fiber medan du extruderar den.
"Vi känner att vi tar med en ny aktör inom området koldioxid nanoteknik, särskilt för att göra makroskopiska material, " han sa.
