Ett enkelt sätt att förvandla kolnanorör till värdefulla grafennanorband kan vara att slipa dem, enligt forskning ledd av Rice University.

Tricket, sade rismaterialforskaren Pulickel Ajayan, är att blanda två typer av kemiskt modifierade nanorör. När de kommer i kontakt under slipning, de reagerar och packar upp, en process som hittills till stor del har berott på reaktioner i hårda kemiska lösningar.

Forskningen av Ajayan och hans internationella medarbetare visas i Naturkommunikation .

För att vara tydlig, Ajayan sa, den nya processen är fortfarande en kemisk reaktion som beror på molekyler som avsiktligt är fästa vid nanorören, en process som kallas funktionalisering. Det mest intressanta för forskarna är att en så enkel process som slipning skulle kunna leverera en stark kemisk koppling mellan solida nanostrukturer och producera nya former av nanostrukturerade produkter med specifika egenskaper.

"Kemiska reaktioner kan lätt göras i lösningar, men detta arbete är helt och hållet solid state, " sa han. "Vår fråga är denna:Om vi ​​kan använda nanorör som mallar, funktionalisera dem och få reaktioner under rätt förhållanden, vilken typ av saker kan vi göra med ett stort antal möjliga nanostrukturer och kemiska funktionella grupper?"

Processen bör möjliggöra många nya kemiska reaktioner och produkter, sa Mohamad Kabbani, en doktorand vid Rice och huvudförfattare till tidningen. "Att använda olika funktioner i olika nanoskalasystem kan revolutionera utvecklingen av nanomaterial, " han sa.

Mycket ledande grafen-nanorband, tusentals gånger mindre än ett människohår, letar sig in på marknaden i kompositmaterial. Nanobanden förstärker materialens elektroniska egenskaper och/eller styrka.

"Att kontrollera sådana strukturer genom mekano-kemisk omvandling kommer att vara nyckeln till att hitta nya tillämpningar, " sa medförfattaren Thalappil Pradeep, en professor i kemi vid Indian Institute of Technology Chennai. "Mjuk kemi av det här slaget kan hända under många förhållanden, bidra till bättre förståelse för materialbearbetning."

I sina tester, forskarna förberedde två partier av kolnanorör med flera väggar, en med karboxylgrupper och den andra med hydroxylgrupper bundna. När den mals tillsammans i upp till 20 minuter med en mortel och mortelstöt, de kemiska tillsatserna reagerade med varandra, triggar nanorören att packa upp i nanorband, med vatten som biprodukt.

"Den serendipitala observationen kommer att leda till ytterligare systematiska studier av nanorörsreaktioner i fast tillstånd, inklusive ab-initio teoretiska modeller och simuleringar, "Ajayan sa. "Det här är spännande."

Experimenten duplicerades av deltagande laboratorier på Rice, vid Indian Institute of Technology och vid Lebanese American University i Beirut. De utfördes i standardlabbförhållanden såväl som i vakuum, utomhus i det fria och vid varierande luftfuktighet, temperaturer, tider och årstider.

Forskarna som genomförde samarbetet på tre kontinenter vet fortfarande inte exakt vad som händer på nanoskala. "Det är en exoterm reaktion, så energin räcker för att bryta upp nanorören till band, men detaljerna i dynamiken är svåra att övervaka, ", sa Kabbani. "Det finns inget sätt att vi kan mala två nanorör i ett mikroskop och se det hända. Inte än, i alla fall."

Men resultaten talar för sig själva.

"Jag vet inte varför folk inte har utforskat den här idén, att du kan kontrollera reaktioner genom att stödja reaktanterna på nanostrukturer, " sa Ajayan. "Det vi har gjort är väldigt grovt, men det är en början och mycket arbete kan följa i dessa banor."