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.

Amerykański rynek tworzyw sztucznych jest warty 300 miliardów dolarów dzięki temu, że tworzywa można przetwarzać w postaci płynnej. Warzywniaki używają plastikowych torebek zamiast papierowych, a ubrania z poliestru są tańsze od tych z bawełny, ponieważ polimery mogą być rozpuszczane i przetwarzane w formie płynnej. Przetwarzanie nanorurek w postaci płynnej daje możliwość wykorzystania procesów technologicznych, które zostały opracowane na potrzeby polimerów - mówi profesor Matteo Pasquali, jeden z twórców rewolucyjnej metody przetwarzania nanorurek. Po dziewięciu latach pracy grupa naukowców, wśród których był zmarły laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii Richard Smalley, ogłosiła dokonanie przełomu. Uczonym udało się opracować technologię, która umożliwia przetwarzanie węglowych nanorurek na skalę przemysłową. Ich najnowsze prace opierają się na okryciu w 2003 roku metody rozpuszczania dużych ilości czystych nanorurek w silnych kwasach, takich jak np. kwas siarkowy. Z czasem okazało się, że nanorurki w takich roztworach łączą się tworząc rodzaj płynnych kryształów w kształcie spaghetti, które następnie można rozdzielać na pojedyncze włókna grubości ludzkiego włosa. Nasze odkrycie pozwala na przeprowadzenie efektywnego procesu przemysłowego dla nanorurek - mówi Wade Adams, jeden z odkrywców. Badania wykazały, że najlepszym rozpuszczalnikiem dla nanorurek jest kwas chlorosulfonowy - dodaje. Od czasu dokonania odkrycia z 2003 roku uczeni badali różne kwasy i różne stężenia, by znaleźć ten, który będzie jak najlepiej współpracował z nanorurkami. Podczas tych eksperymentów porównywano też zachowanie kwasów i nanorurek z zachowaniem polimerów podczas procesów przemysłowych, opracowując jednocześnie podstawy teoretyczne i praktyczne konieczne do wdrożenia produkcji na skalę przemysłową. Amerykanom pomagali naukowcy z izraelskiego Instytutu Technologii Technion. Ishi Talmon i jego koledzy z Technion wykonali najważniejszy krok, który pozwolił nam na zdobycie bezpośredniego dowodu na to, że nanorurki rozpuszczają się spontanicznie w kwasie chlorosulfonowym. By tego dokonać musieli opracować eksperymentalną technologię bezpośredniego obrazowania zeszklonych szybko zamrożonych roztworów kwasowych - informuje profesor Pasquali. Węglowe nanorurki odkryto w 1991 roku i od tamtej pory budzą olbrzymie nadzieje. Naukowcy chcą je wykorzystać zarówno do leczenia nowotworów, jak i do produkcji energii. Jednak nanorurki to bardzo niewdzięczny materiał. Trudno je nie tylko wyprodukować, ale i pracować z nimi. Jednak naukowcy od lat eksperymentują, gdyż są niezwykle obiecujące. Nanorurki mogą przewodzić prąd, zachowywać się jak przewodniki i półprzewodniki, można je ogrzewać za pomocą fal radiowych i wykorzystać do niszczenia guzów nowotworowych, mogą być wypełnione lekarstwami, które dostarczą w dokładnie oznaczone miejsce, są sześciokrotnie lżejsze od stali, ale 100-krotnie bardziej wytrzymałe. Kevlar, polimer wykorzystywany w kamizelkach kuloodpornych, jest od 5 do 10 razy bardziej wytrzymały, niż najmocniejsze włókno z nanorurek, które możemy obecnie wyprodukować. Jednak teoretycznie możemy wyprodukować włókna nanorurkowe 100-krotnie wytrzymalsze. Jeśli uda się nam wykorzystać chociażby 20% ich potencjału zyskamy wspaniały materiał, być może najbardziej wytrzymały ze wszystkich znanych - mówi Pasquali. Specjaliści oceniają, że w nadchodzącej dekadzie światowy rynek nanorurek będzie wart co najmniej 2 miliardy dolarów rocznie. Naukowców czeka jeszcze sporo pracy. Na całym świecie próbuje się opracować metodę wytwarzania identycznych nanorurek o zadanych właściwościach. Obecnie, jak mówi Pasquali, jedną z głównych zalet opracowanego procesu jest możliwość wyprodukowania w ciągu kilku dni grama nanorurkowych włókien z grama nanorurek.