Imágenes de nanofibras de carbono cultivadas a partir de catalizadores de nanopartículas de níquel:(izquierda) sin eliminar los ligandos y (derecha) después de eliminar los ligandos de las nanopartículas antes del crecimiento de las nanofibras. Observe cómo las nanofibras que crecen a partir de nanopartículas con ligandos son más uniformes en diámetro y distribución. Crédito:Dr. Joe Tracy, Universidad Estatal de Carolina del Norte
Las nanofibras de carbono son prometedoras para tecnologías que van desde dispositivos de imágenes médicas hasta herramientas precisas de medición científica, pero el tiempo y los gastos asociados con la creación uniforme de nanofibras del tamaño correcto han sido un obstáculo, hasta ahora. Un nuevo estudio de la Universidad Estatal de Carolina del Norte demuestra un método mejorado para crear nanofibras de carbono de tamaños específicos, además de explicar la ciencia detrás del método.
"Las nanofibras de carbono tienen una gran cantidad de aplicaciones potenciales, pero su utilidad se ve afectada por su diámetro, y controlar el diámetro de las nanofibras ha sido históricamente costoso y lento, "dice el Dr. Anatoli Melechko, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en NC State y coautor de un artículo que describe el estudio.
Específicamente, Los investigadores han demostrado que las nanopartículas de níquel recubiertas con una capa de ligando se pueden utilizar para cultivar nanofibras de carbono de diámetro uniforme. Los ligandos son pequeñas moléculas orgánicas que tienen grupos funcionales (partes de la molécula) que se unen directamente a los metales. Las nanopartículas de níquel son de particular interés porque, a altas temperaturas, pueden servir como catalizadores para el crecimiento de nanofibras de carbono.
"Lo que aprendimos es que la capa de ligando, que se compone de trioctilfosfina, sufre cambios químicos a altas temperaturas, transformándose gradualmente en una capa similar al grafito, "dice el Dr. Joe Tracy, coautor del artículo y profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en NC State. "Estas capas 'grafíticas' evitan que las nanopartículas de níquel se amontonen a temperaturas elevadas, lo cual es un problema para las aplicaciones de alta temperatura que involucran nanopartículas ".
El uso de nanopartículas para cultivar nanofibras es útil, porque las fibras tienden a tener el mismo diámetro que las nanopartículas de las que están creciendo. Si necesita nanofibras de 20 nanómetros (nm) de diámetro, simplemente utilizaría nanopartículas de 20 nm de diámetro como catalizador.
"Por eso es importante controlar el diámetro de las nanopartículas. Si comienzan a agruparse a altas temperaturas, terminas cultivando nanofibras de muchos tipos diferentes, tamaños más grandes, "Dice Melechko." Esta investigación nos da una mejor comprensión fundamental de la relación entre las nanopartículas de níquel, ligandos y síntesis de nanofibras de carbono ".
El uso de nanopartículas para cultivar nanofibras tiene otro beneficio:le permite definir dónde crecen las nanofibras y cómo se organizan. Si necesita que las nanofibras crezcan en un patrón específico, colocaría las nanopartículas en ese patrón antes de hacer crecer las fibras.