(Phys.org) - Själva idén med fibrer gjorda av kolnanorör är snygg, men forskarna från Rice University gör dem snygga - bokstavligen.

De enväggiga kolnanorören i nya fibrer som skapats vid Rice ställer sig som en näve av okokt spaghetti genom en process designad av kemisten Angel Martí och hans kollegor.

Det knepiga, enligt Martí, vars labb rapporterade sina resultat denna månad i tidningen ACS Nano , håller isär de tätt packade nanorören innan de dras ihop till en fiber.

Överlåtna till sina egna enheter, kolnanorör bildar klumpar som är helt felaktiga för att förvandlas till den typ av starka, ledande fibrer som behövs för projekt som sträcker sig från nanoskalaelektronik till makroskala elnät.

Tidigare forskning på Rice av kemisten och kemiingenjören Matteo Pasquali, en medförfattare till det nya papperet, använde en syraupplösningsprocess för att hålla nanorören separerade tills de kunde snurras till fibrer. Nu Martí, Pasquali och deras kollegor producerar "snygga" fibrer med samma mekaniska process, men de börjar med en annan typ av råmaterial.

"Matteos grupp använde klorsulfonsyra för att protonera ytan på nanorören, "Sa Martí." Det skulle ge dem en positivt laddad yta så att de skulle avvisa varandra i lösning. Tekniken vi använder är precis tvärtom. "

En process som avslöjades förra året av Martí och huvudförfattarna Chengmin Jiang, en doktorand, och Avishek Saha, en risalumn, börjar med att negativt ladda kolnanorör genom att införa dem med kalium, en metall, och förvandla dem till ett slags salt som kallas en polyelektrolyt. De använder sedan burliknande kronetrar för att fånga kaliumjoner som annars skulle dämpa nanorörens förmåga att stöta bort varandra.

Sätt tillräckligt med nanorör i en sådan lösning så fastnar de mellan de avstötande krafterna och en oförmåga att röra sig i en trång miljö, Sa Martí. De tvingas anpassa sig - en avgörande egenskap för flytande kristaller - och detta gör dem mer hanterbara.

Rören tvingas slutligen samman till fibrer när de extruderas genom spetsen av en nål. Vid det tillfället, den starka van der Waals -kraften tar över och binder ihop nanorören, Sa Martí.

Men för att göra makroskopiska material, Martí -teamet behövde packa in många fler nanorör i lösningen än i tidigare experiment. "När du börjar öka koncentrationen, antalet nanorör i den flytande kristallina fasen blir rikare än de i den isotropa (störda) fasen, och det var precis vad vi behövde, "Sa Martí.

Forskarna upptäckte att 40 milligram nanorör per milliliter gav dem en tjock gel efter blandning med hög hastighet och filtrering av stora klumpar kvar. "Det är som en centrifug tillsammans med en roterande trumma, "Sa Martí om blandningsutrustningen." Det ger okonventionella krafter i lösningen. "

Genom att mata denna täta nanorörgel genom en smal nålliknande öppning producerades kontinuerlig fiber på Pasquali-laboratoriets utrustning. Styrkan och styvheten hos de fina fibrerna närmade sig också den hos fibrerna som tidigare producerats med Pasqualis syrabaserade process. "Vi gjorde inga ändringar i hans system och det fungerade perfekt, "Sa Martí.

Hårbreddsfibrerna kan vävas till tjockare kablar, och teamet undersöker sätt att förbättra sina elektriska egenskaper genom att dopa nanorören med jodid. "Forskningen är i princip analog med vad Matteo gör, "Sa Martí." Vi använde hans verktyg men gav processen en snurr med ett annat preparat, så nu är vi de första som gör snygga fibrer av rena kolnanorörelektrolyter. Det är väldigt coolt. "

Pasquali sa att spinnsystemet fungerade med lite behov av anpassning eftersom installationen är förseglad. "Nanorörets elektrolytlösning kan skyddas från syre och vatten, vilket skulle ha orsakat nederbörd av nanorören, " han sa.

"Det visar sig att detta inte är en showstopper, eftersom vi vill att nanorören ska fälla ut och hålla fast vid varandra så snart de lämnar det förseglade systemet genom nålen. Processen var inte svår att kontrollera, anpassa och skala upp när vi kommit fram till grundvetenskapen. "