Znajdź zawartość

Uczeni z Rice University znaleźli rozpuszczalnik dla wszystkich typów węglowych nanorurek. To przełomowy krok w kierunku stworzenia kwantowego przewodu elektrycznego o bardzo dobrych właściwościach. Ten tak zwany armchair quantum wire był postulowany przez wybitnego fizyka i chemika, odkrywcę fullerenów Richarda Smalleya. Przewód taki ma przewodzić prąd wielokrotnie lepiej niż miedź, być od niej kilkukrotnie lżejszy, niepodatny na rozszerzanie się pod wpływem ciepła, a jednocześnie bardziej wytrzymały niż stal. Nanorurki mają tendencję do zbijania się w roztworze w grupy, co czyni je trudnymi w użyciu. Po wielu latach zespół pod kierunkiem Matteo Pasqualego odkrył, jak zapobiegać zbijaniu się. Pasquali, Nicholas Parra-Vasquez oraz ich koledzy poinformowali, że nanorurki o długości pół milimetra rozpuszczają się w kwasie chlorosulfonowym. Daje to nadzieję na wykorzystanie długich nanorurek do produkcji kabli. Obecnie stosowane metody rozpuszczania nanorurek zakładają użycie surfaktantów podobnych do mydła, dodawanie metali alkalicznych, dołączanie do nich niewielkich grup chemicznych czy też rozpuszczanie ich w bardzo małych ilościach. Metody te nie pozwalają jednak na produkcję włókien z nanorurek, gdyż niszczą ich właściwości albo poprzez dodanie kolejnych atomów, albo poprzez skrócenie samych nanorurek. Już przed kilkoma laty uczeni z Rice zauważyli, że kwas chlorosulfonowy dobrze rozpuszcza nanorurki. Od tamtego czasu pracowali nad stworzeniem odpowiedniej metody pracy z nim. Po latach pracy uzyskali idealny roztwór nanorurek, który właściwościami bardzo przypomina roztwory wykorzystywane w przemyśle do wyciągania włókien wysokiej jakości. Stworzony roztwór zaskoczył samych uczonych. Dotychczas sądzili bowiem, że opracowywana przez nich metoda będzie przydatna jedynie podczas pracy z krótkimi nanorurkami o jednej ścianie. Tymczasem okazało się, że można ją wykorzystać z każdym typem nanorurek, niezależnie od ich długości i typu. Wystarczy dodać nanorurki do kwasu chlorosulfonowego, a dobrze się one rozpuszczą, nawet bez mieszania - mówi Parra-Vasquez chcąc zobrazować, jak prosty jest to proces. Naukowców szczególnie cieszy fakt, że można pracować z długimi nanorurkami. Właściwości nanokabli zależą bezpośrednio od długości pojedynczej nanorurki. Pasquali twierdzi, że już teraz nanokable mogą być o cały jeden lud dwa rzędy wielkości lepsze, od obecnie wykorzystywanych. Najbliższym celem naukowców jest wyprodukowanie dużej ilości bardzo długich nanorurek o jednej ściance i stworzenie z nich kabla postulowanego przez Smalleya.

Grafen, który ma w przyszłości zmienić oblicze elektroniki, jest bardzo trudny w produkcji. Wkrótce może się to zmienić, dzięki najnowszym osiągnięciom zespołu z Rice University i Izraelskiego Instytutu Technologii Technion. Profesor Matteo Pasquali z Rice, który przewodził grupie badaczy, mówi: Istnieją wydajne metody produkcji tlenku grafenu, który nie jest tak dobrym przewodnikiem jak grafen, oraz mało wydajne metody produkcji czystego grafenu. Nasza metoda pozwalana wytworzenie bardzo czystego materiału i korzysta z wydajnego procesu produkcyjnego, od dawna używanego w przemyśle chemicznym. Naukowcy stwierdzili, że grafit można rozpuszczać w kwasie chlorosiarkowym i szukali nowych metod pomiaru właściwości takiego roztworu. W trakcie prac okazało się, że kwas spowodował, iż z grafitu spontanicznie oddzieliły się warstwy tworzącego go grafenu. Dalsze prace pozwoliły na rozpuszczenie aż dwóch gramów grafenu w litrze kwasu, co oznacza co najmniej 10-krotnie większą wydajność pozyskiwania grafenu, niż w dotychczas stosowanych metodach. Następnie, by zbadać jakość grafenu, uczeni wynaleźli nowatorką technikę kriogeniczną, potrzebną do obrazowania warstw grafenu w kwasie za pomocą mikroskopu elektronowego. Badania wykazały wysoką czystość uzyskanego materiału. Następnie udało się uzyskać z niego przezroczyste warstwy, które przewodziły prąd. Te mogą posłużyć do produkcji wyświetlaczy dotykowych, tańszych niż obecnie używane urządzenia. Jakby tego było mało, naukowcom udało się również wyprodukować ciekłe kryształy. Jeśli potrafisz zrobić ciekłe kryształy, możesz wyciągnąć włókna. W ciekłych kryształach poszczególne warstwy układają się w domeny, a mając informacje na temat ich ułożenia możesz wykorzystać krawędzie materiału do tworzenia włókien - mówi James Tour, jeden z autorów badań. Teraz pozostaje mieć nadzieję, że nowo opracowana metoda pozwoli produkować grafenowe włókna na skalę przemysłową.