Forskare vid Rice University har upptäckt att det starka kraftfältet som släpps ut från en Tesla-spole får kolnanorör att självmontera till långa trådar, ett fenomen som de kallar "Teslaphoresis".

Teamet ledd av Rice-kemist Paul Cherukuri rapporterade sina resultat denna vecka i ACS Nano .

Cherukuri ser denna forskning som en tydlig väg mot skalbar montering av nanorör nedifrån och upp.

Systemet fungerar genom att fjärroscillera positiva och negativa laddningar i varje nanorör, får dem att kedja ihop till långa trådar. Cherukuris specialdesignade Tesla-spole genererar till och med en traktorstrålliknande effekt när nanorörstrådar dras mot spolen över långa avstånd.

Denna kraftfältseffekt på materia hade aldrig observerats i så stor skala, Cherukuri sa, och fenomenet var okänt för Nikola Tesla, som uppfann spolen 1891 med avsikten att leverera trådlös elektrisk energi.

"Elektriska fält har använts för att flytta små föremål, men bara över ultrakorta avstånd, " sa Cherukuri. "Med Teslaphoresis, vi har förmågan att kraftigt skala upp kraftfält för att flytta materia på distans."

Forskarna upptäckte att fenomenet samtidigt samlar och driver kretsar som skördar energi från fältet. I ett experiment, nanorör monterade sig själva till trådar, bildade en krets som förbinder två lysdioder och absorberade sedan energi från Tesla-spolens fält för att tända dem.

Cherukuri insåg att en omdesignad Tesla -spole kunde skapa ett kraftfullt kraftfält på avstånd som var mycket större än någon hade föreställt sig. Hans team observerade inriktning och rörelse av nanorören flera fot bort från spolen. "Det är så häpnadsväckande att se dessa nanorör bli levande och sy sig in i kablar på andra sidan av rummet, " han sa.

Nanorör var ett naturligt första testmaterial, med tanke på deras arv på Rice, där HiPco produktionsprocessen uppfanns. Men forskarna ser för sig att många andra nanomaterial också kan monteras.

Lindsey Bornhoeft, tidningens huvudförfattare och en biomedicinsk ingenjörsstudent vid Texas A&M University, sa att det riktade kraftfältet från bänk-spolen vid Rice är begränsat till bara några meter. Att undersöka effekterna på materia på större avstånd skulle kräva större system som är under utveckling. Cherukuri föreslog mönstrade ytor och flera Tesla-spolsystem skulle kunna skapa mer komplexa självmonterande kretsar från partiklar i nanoskala.

Cherukuri och hans fru, Tonya, också en risalun och en medförfattare till tidningen, noterade att deras son Adam gjorde några anmärkningsvärda observationer medan han tittade på videor av experimentet. "Jag blev förvånad över att han märkte mönster i nanorörsrörelser som jag inte såg, " sa Cherukuri. "Jag kunde inte göra honom till en författare på tidningen, men både han och hans lillebror John är erkända för hjälpsamma diskussioner. "

Cherukuri vet värdet av ungdomlig observation – och fantasi – sedan han började designa Tesla-spolar som tonåring. "Jag skulle aldrig ha tänkt, som en 14-årig unge som bygger spolar, att det skulle vara användbart en dag, " han sa.

Cherukuri och hans team finansierade själva arbetet, vilket han sa gjorde det mer meningsfullt för gruppen. "Det här var ett av de mest spännande projekt jag någonsin gjort, gjort ännu mer eftersom det var en helt frivillig grupp passionerade forskare och studenter. Men eftersom Rice har denna underbara kultur av okonventionell visdom, vi kunde göra en fantastisk upptäckt som tänjer på nanovetenskapens gränser."

Lagkamraterna ser fram emot att se vart deras forskning leder. "Dessa nanorörstrådar växer och fungerar som nerver, och kontrollerad montering av nanomaterial nedifrån och upp kan användas som mall för tillämpningar inom regenerativ medicin, sa Bornhoeft.

"Det finns så många applikationer där man kan använda starka kraftfält för att kontrollera materiens beteende i både biologiska och artificiella system, "Cherukuri sa." Och ännu mer spännande är hur mycket grundläggande fysik och kemi vi upptäcker när vi går vidare. Det här är verkligen bara första akten i en fantastisk berättelse."

Medförfattare är Rice senior Aida Castillo; Risforskare Carter Kittrell, Dustin James och Bruce Brinson; Rice Distinguished Faculty Fellow Bruce Johnson; Thomas Rybolt, chef för kemiavdelningen och UC Foundation Professor vid University of Tennessee-Chattanooga; och Preston Smalley från Second Baptist School i Houston, som arbetade på projektet som sommarpraktikant på Rice. Cherukuri och Bornhoeft började projektet medan båda var vid University of Tennessee-Chattanooga.