En forskare från University of Wyoming och hans team har visat, för första gången, förmågan att globalt rikta in enkelväggiga kolnanorör längs en gemensam axel. Denna upptäckt kan vara värdefull inom många teknikområden, som elektronik, optik, kompositmaterial, nanoteknik och andra tillämpningar av materialvetenskap.

"Till skillnad från tidigare ansträngningar att rikta in nanorör med hjälp av filtrering av nanorörslösningar, vi skapade ett automatiserat system som kunde skapa flera anpassade filmer samtidigt, säger William Rice, en biträdande professor vid UW:s institution för fysik och astronomi. "Att automatisera filtreringssystemet hade också effekten att vi kunde kontrollera filtreringsflödet exakt, vilket gav högre anpassning."

Rice var motsvarande författare till en tidning, med titeln "Global Alignment of Solution-Based, Enkelväggiga kolnanorörsfilmer via maskinseende kontrollerad filtrering, " som publicerades 9 oktober i den tryckta versionen av Nanobokstäver , en internationell tidskrift som rapporterar om grundläggande och tillämpad forskning inom alla grenar av nanovetenskap och nanoteknik. En onlineversion av tidningen dök upp förra månaden.

Joshua Walker, en tredje året fysik Ph.D. student från Cheyenne, var tidningens huvudförfattare. Valerie Kuehl, en tredjeårs doktorsexamen. kemistudent från Beulah, Colo., var en bidragande författare till tidningen.

Enkelväggiga kolnanorör är endimensionella kristaller som bildas genom att linda in ett enda lager grafit, ofta kallad grafen, i en nanoskopisk cylinder. De är 0,5 till 1,5 nanometer i diameter och sträcker sig från 200 till 10, 000 nanometer lång. En nanometer är en miljarddels meter.

På grund av denna unika geometri, kolnanorör kan antingen vara metaller eller halvledare, beroende på hur grafenet är inslaget, Rice förklarar. Kolnanorör kan uppvisa anmärkningsvärd elektrisk ledningsförmåga, och de har exceptionell draghållfasthet och värmeledningsförmåga.

"Justerade kolnanorör har potential att fungera som utmärkta optiska polarisatorer, som är viktiga för att optiskt bestämma töjning i material. Till exempel, om du tittar på din vindruta med polariserade glasögon, du kan se områden med olika belastning i glaset, " Rice säger. "Närare arbete av andra grupper tyder också på att justerade nanorör kan användas som transistorer, polariserade ljussändare och riktade kylflänsar. Förhoppningen är att en ny generation av helt kol-elektronik kan inledas med användning av kolnanorör, grafen och lediga tjänster inom diamanter."

Under det senaste decenniet, betydande framsteg har gjorts i den kemiska kontrollen av enkelväggiga kolnanorör. Rice och hans team använde automatisering och parallellisering av maskinseende för att samtidigt producera globalt anpassade, enkelväggiga kolnanorör med tryckdriven filtrering. Återkopplingskontroll gör att filtrering kan ske med en konstant flödeshastighet som inte bara förbättrar den nematiska ordningen av de enkelväggiga kolnanorören, men ger också möjligheten att anpassa ett brett utbud av enkelväggiga kolnanorörstyper och på en mängd olika nanoporösa membran med samma filtreringsparametrar.

Dessutom, Rice säger att hans forskargrupp plattade till menisken av nanorörslösningen i glastratten med hjälp av en behandlingsprocess som kallas silanisering. Detta förhindrade att nanorören blev förvrängda av en ojämn lösningsfront när nanorören filtrerades. Dessa två framsteg producerar nanorörsfilmer som uppvisar utmärkt inriktning över hela strukturen, som mättes med användning av en mängd olika polariserade optiska tekniker.

"Kolnanorör är ett betydande materialsystem på grund av deras imponerande fysikaliska egenskaper, såsom extremt hög värmeledningsförmåga; en Youngs modul mycket större än stål; strömförande kapacitet tusen gånger så stor som koppar; och utmärkt lätt-materia-koppling, " han säger.

En Youngs modul är förhållandet mellan spänningen (kraft per ytenhet) och töjningen (procentuell förändring i de fysiska dimensionerna) i ett material, säger Rice. Plast, gummi och trä har låga Youngs moduli, medan stål, diamant och nanorör har höga Youngs moduli.