Enväggiga kolnanorör är laddade med önskvärda egenskaper. Särskilt, förmågan att leda elektricitet med höga hastigheter gör dem attraktiva för användning som nanoskala transistorer. Men denna och andra egenskaper är i hög grad beroende av deras struktur, och deras struktur bestäms när nanoröret just börjat bildas.
I ett steg mot att förstå de faktorer som påverkar hur nanorör bildas, forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST), University of Maryland, och Texas A&M har lyckats filma dem när de bara är några atomer gamla. Dessa "babybilder" i nanoröret ger avgörande inblick i hur de gro och växer, möjligen öppnar vägen för forskare att skapa dem massor med bara de egenskaper de vill ha. Resultaten publicerades online i Nano bokstäver .
För att bättre förstå hur kolnanorör växer och hur man odlar de man vill ha, du måste förstå början på tillväxtprocessen, kallas kärnbildning. Att göra det, du måste kunna avbilda kärnbildningsprocessen när den händer. Dock, detta är inte lätt eftersom det innebär ett litet antal snabba atomer, vilket betyder att du måste ta mycket högupplösta bilder väldigt snabbt.
För snabbt, högupplösta kameror är dyra, NIST -forskare sänkte istället tillväxthastigheten genom att sänka trycket inuti deras instrument, ett miljöskanningsöverföringselektronmikroskop. Inuti mikroskopets kammare, under hög värme och lågt tryck, laget såg på när kolatomer som genererades från acetylen regnade ner på 1,2-nanometer bitar av koboltkarbid, där de bifogade, formad till grafen, omgav nanopartikeln, och började växa till nanorör.
"Våra observationer visade att kolatomerna endast fästes vid de rena metallfasetterna i koboltkarbid -nanopartikeln, och inte de aspekter som sammanflätas med kolatomer, "säger NIST -kemisten Renu Sharma, som ledde forskningsinsatsen. "Det växande röret växte sedan över kobolt-kol-fasetterna tills det hittade en annan ren metallyta att fästa på, bilda en sluten keps. Kolatomer fortsatte att fästa vid koboltfasetterna, skjuta den tidigare bildade grafen längs med locket i ett slags kolmonteringslinje och förlänga röret. Hela denna process tog bara några sekunder. "
Enligt Sharma, kolatomerna söker efter de mest energiskt gynnsamma konfigurationerna när de bildar grafen på koboltkarbid -nanopartikelns yta. Medan grafen har en mestadels sexkantig, struktur av honungskaka, nanopartikelns geometri tvingar kolatomerna att ordna sig i femkantiga former i det annars bikakegitteret. Avgörande, dessa femkantiga oegentligheter i grafens struktur är det som gör att grafen kan kurva och bli ett nanorör.
Eftersom nanopartiklarnas aspekter också verkar spela en avgörande roll för nanorörets diameter och kiralitet, eller vridriktning, gruppens nästa steg blir att mäta kiraniteten hos nanorören när de växer. Gruppen planerar också att använda metallnanopartiklar med olika fasetter för att studera deras vidhäftningsegenskaper för att se hur de påverkar rörens chiralitet och diameter.
