Nanografen är flexibel, men starkare än stål. Med unika fysiska och elektroniska egenskaper, materialet består av endast en atoms tjocka kolmolekyler arrangerade i en bikakeform. Fortfarande tidigt i den tekniska utvecklingen, nuvarande tillverkningsmetoder kräver tillsats av substituenter för att erhålla ett enhetligt material. Tillsatsfria metoder resulterar i tunn, brytbara fibrer – fram till nu.

Ett internationellt team av forskare har utvecklat självmontering, stabila och starka nanografentrådar. Resultaten publicerades den 24 mars i Journal of the American Chemical Society .

Laget, ledd av Yasutomo Segawa, docent vid Institutet för molekylär vetenskap, en del av National Institutes of Natural Science i Japan, satte sig för att syntetisera böjda, oändligt stapla nanografener - som potatischips i en kartongburk - som kan sättas ihop till nanotrådar.

"Effektivt staplade kolvätetrådar har potential att användas som en mängd olika nano-halvledarmaterial, " sade Segawa. "Tidigare, det har varit nödvändigt att införa substituenter som inte är relaterade till eller hämmar den önskade elektroniska funktionen för att styra sammansättningen av ledningarna."

Genom att ta bort substituenter, eller tillsatser, från tillverkningsprocessen, forskare kan utveckla molekylära material som har en specifik, önskad elektronisk funktion, enligt Segawa. Med detta mål i åtanke, teamet utvecklade en molekyl som heter "bitten" skev nanografen (bWNG), med 68 kolatomer och 28 väteatomer som bildar en "bitet äpple"-form. Skapad som en lösning, när det får avdunsta under 24 timmar i närvaro av hexan – en ingrediens i bensin med sex kolatomer – blir bWNG en gel.

Forskarna försökte omkristallisera molekylerna i den ursprungliga lösningen för att undersöka den specifika strukturen hos bWNG-gelen genom röntgenkristallografi. Denna teknik kan avslöja den atomära och molekylära strukturen hos en kristall genom att bestråla strukturen med röntgenstrålar och observera hur de diffrakterar.

"Vi försökte omkristallisera många gånger för att bestämma strukturen, men det växte till bara några hundra nanometer, "Segawa sa, noterar att denna storlek är alldeles för liten för röntgenkristallografi. "Det var bara genom elektrondiffraktion, en ny metod för att bestämma strukturen hos organiska material, att vi kunde analysera strukturen."

Elektrondiffraktion liknar röntgenkristallografi, men den använder elektroner istället för röntgenstrålar, vilket resulterar i ett mönster av interferens med provmaterialet som indikerar den inre strukturen.

De fann att bWNG-gelen bestod av dubbelsträngade, nanofibrer med dubbla helix som sattes ihop av krökta, stapelbara nanografener.

"Strukturen av nanofibrerna är en dubbelsträngad dubbelspiral, som är mycket stabil och, därför, stark, " sade Segawa. "Nästa, vi skulle vilja förverkliga en halvledartråd helt gjord av kolatomer."