(PhysOrg.com) - Un laboratorio de la Universidad de Rice ha dado un paso adelante con un método eficiente para dispersar nanotubos de una manera que conserva sus propiedades únicas y agrega más.

La nueva técnica permite que los complejos de metales inorgánicos con diferentes funcionalidades permanezcan en estrecho contacto con los nanotubos de carbono de pared simple mientras los mantiene separados en una solución.

Esa separación es fundamental para los fabricantes que desean hilar fibra a partir de nanotubos, o mezclarlos en materiales compuestos para mayor resistencia o para aprovechar sus propiedades eléctricas. Para principiantes, la capacidad de funcionalizar los nanotubos al mismo tiempo puede hacer avanzar los sensores de imágenes, catálisis y pilas de combustible de hidrógeno activadas por el sol.

Mejor todavía, un lote de nanotubos aparentemente puede permanecer disperso en agua durante semanas.

Evitar que los nanotubos de carbono se aglutinen en soluciones acuosas y combinarlos con moléculas que agregan habilidades novedosas han sido moscas en el ungüento para los científicos que exploran el uso de estos materiales altamente versátiles.

Han intentado unir moléculas orgánicas a las superficies de los nanotubos para agregar funcionalidad y solubilidad. Pero aunque estas técnicas pueden separar los nanotubos entre sí, hacen mella en la electrónica de los nanotubos, propiedades térmicas y mecánicas.

Ángel Martí, un profesor asistente de Rice de química y bioingeniería y un joven investigador Norman Hackerman-Welch, y sus estudiantes informaron este mes en la revista Royal Society of Chemistry Comunicaciones químicas que los complejos de polipiridilo de rutenio son altamente efectivos para dispersar nanotubos en agua de manera eficiente y durante largos períodos. El rutenio es un elemento metálico raro.

Una clave es tener la molécula adecuada para el trabajo. Marti y su equipo crearon complejos de rutenio combinando el elemento con ligandos, moléculas estables que se unen a iones metálicos. El complejo molecular resultante es en parte hidrófobo (los ligandos) y en parte hidrófilo (el rutenio). Los ligandos se unen fuertemente a los nanotubos, mientras que las moléculas de rutenio unidas interactúan con el agua para mantener los tubos en solución y mantenerlos separados entre sí.

Otra clave resultó ser la moderación.

Originalmente, Marti dijo:él y los coautores Disha Jain y Avishek Saha no tenían la intención de resolver un problema que ha dejado atónitos a los químicos durante décadas. pero su voluntad de "hacer algo loco" valió la pena. Jain es un ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Martí, y Saha es una estudiante de posgrado.

Los investigadores estaban analizando los complejos de rutenio como parte de un estudio para rastrear los depósitos de amiloide asociados con la enfermedad de Alzheimer. "Empezamos a preguntarnos qué pasaría si modificáramos el complejo metálico para que pudiera unirse a un nanotubo, "Dijo Martí." Eso proporcionaría solubilidad, individualización, dispersión y funcionalidad ".

Lo hizo, pero no al principio. "Avishek juntó esto con nanotubos de carbono purificados de pared simple (creados mediante el proceso HiPco de Rice) y sometidos a sonicación. No pasó absolutamente nada. Los nanotubos no se disolvieron, simplemente se agruparon en la parte inferior.

"Eso fue muy extraño, pero así es como funciona la ciencia:algunas cosas que crees que son buenas ideas nunca funcionan ".

Saha retiró el líquido y dejó los nanotubos agrupados en el fondo del tubo de centrífuga. "Y yo dije, 'Bien, ¿Por qué no haces algo loco? Solo agrega agua a eso, y con el poco de rutenio que pudiera quedar allí, Intenta hacer la reacción '. El hizo eso, y la solución se volvió negra ".

Una baja concentración de rutenio funcionó. "Descubrimos que el 0,05 por ciento del complejo de rutenio es la concentración óptima para disolver nanotubos, Marti dijo. Experimentos posteriores mostraron que los complejos simples de rutenio por sí solos no funcionaban. La molécula requiere su cola de ligando hidrófobo, que busca minimizar su exposición al agua uniéndose con nanotubos. "Es lo mismo que quieren hacer los nanotubos, entonces es una relación favorable, " él dijo.

Marti también encontró que la fluorescencia natural de los nanotubos no se ve afectada por los complejos de rutenio. "Aunque hayan sido purificados, que pueden introducir defectos, todavía exhiben muy buena fluorescencia, " él dijo.

Dijo que ciertos complejos de rutenio tienen la capacidad de permanecer en un estado excitado durante mucho tiempo, alrededor de 600 nanosegundos, o 100 veces más que las moléculas orgánicas normales. "Significa que la probabilidad de que transfiera un electrón es alta. Eso es conveniente para aplicaciones de transferencia de energía, que son importantes para la obtención de imágenes, " él dijo.

Que los nanotubos permanezcan suspendidos durante mucho tiempo debería llamar la atención de los fabricantes que los utilizan a granel. "Deberían permanecer separados durante semanas sin problemas, ", Dijo Martí." Tenemos soluciones que han estado sentadas durante meses sin ningún signo de colapso ".