I dag, en mängd industrier, inklusive optik, elektronik, vattenrening, och läkemedelstillförsel, förnya i en aldrig tidigare skådad skala med nanometer breda rullar av bikakeformade grafitark som kallas kolnanorör (CNT). Funktioner som lätt vikt, bekväm struktur, enorm mekanisk styrka, överlägsen termisk och elektrisk ledningsförmåga, och stabilitet sätter CNTs ett snäpp över andra materialalternativ. Dock, för att tillgodose deras ökande industriella efterfrågan, deras produktion måste ständigt skalas upp, och däri ligger den största utmaningen med att använda CNT.

Medan forskare har kunnat odla individuella CNTs med en längd på cirka 50 cm, när de försöker arrayer, eller skogar, de träffade ett tak på cirka 2 cm. Detta beror på att katalysatorn, vilket är nyckeln till att CNT-tillväxt inträffar, avaktiveras och/eller tar slut innan CNTs i en skog kan växa längre, driver upp monetära kostnader och råmaterialkostnader för CNT-produktion och hotar att begränsa dess industriella användning.

Nu, en takbrytande strategi har utarbetats av ett team av forskare från Japan. I deras studie publicerad i Kol , teamet presenterar ett nytt tillvägagångssätt för en konventionell teknik som ger CNT-skogar med rekordlängd:~14 cm—sju gånger större än det tidigare maximumet. Hisashi Sugime, biträdande professor vid Waseda University, som ledde laget, förklarar, "I den konventionella tekniken, CNT slutar växa på grund av en gradvis strukturell förändring i katalysatorn, så vi fokuserade på att utveckla en ny teknik som undertrycker denna strukturella förändring och tillåter CNT att växa under en längre period."

Teamet skapade en katalysator baserad på deras resultat i en tidigare studie till att börja med. De lade till ett skikt av gadolinium (Gd) till den konventionella järn-aluminiumoxiden (Fe/Al) ₂ O _x (Si) katalysator belagd på ett kisel (Si) substrat. Detta Gd-skikt förhindrade försämringen av katalysatorn i viss utsträckning, så att skogen kan växa upp till cirka 5 cm lång.

För att ytterligare förhindra katalysatorförsämring, teamet placerade katalysatorn i sin ursprungliga kammare som kallas kallgaskammaren för kemisk ångavsättning (CVD). Där, de värmde det till 750°C och försåg det med små koncentrationer (miljondelar) av rumstempererade Fe- och Al-ångor.

Detta höll katalysatorn stark i 26 timmar, under vilken tid en tät CNT-skog kunde växa till 14 cm. Olika analyser för att karakterisera de odlade CNT:erna visade att de var av hög renhet och konkurrenskraft.

Denna prestation övervinner inte bara hinder för den utbredda industriella tillämpningen av CNT, utan den öppnar dörrar inom nanovetenskaplig forskning. "Denna enkla men nya metod som drastiskt förlänger katalysatorns livslängd genom att tillhandahålla ångkällor på ppm-nivå är insiktsfull för katalysatorteknik inom andra områden som petrokemi och nanomaterialkristalltillväxt, ", säger Sugime. "Kunskapen häri kan vara avgörande för att göra nanomaterial till en allestädes närvarande verklighet."