Sillón nanotubos de carbono, llamado así por la disposición de los átomos que hacen que sus extremos parezcan sillones, son los más deseables entre los investigadores de nanotubos por sus propiedades eléctricas superiores. Crédito:Erik Hároz
(Phys.org) —Los primeros frutos de una empresa cooperativa entre científicos de la Universidad de Rice y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han aparecido en un artículo que reúne una gran cantidad de información para aquellos que deseen utilizar las propiedades únicas de nanotubos de carbono metálico.
El artículo de fondo publicado recientemente en la revista Royal Society of Chemistry Nanoescala reúne investigaciones sobre la separación y las características fundamentales de los nanotubos de carbono de los sillones, que han sido de particular interés para los investigadores que intentan ajustar sus propiedades electrónicas y ópticas.
Este papel, dijo el físico de Rice Junichiro Kono, proporciona a los científicos un recurso valioso para obtener información detallada sobre los nanotubos de carbono metálico, especialmente nanotubos de sillón. "Básicamente, resumimos todos nuestros hallazgos recientes, así como toda la información que pudimos encontrar en la literatura sobre nanotubos metálicos, junto con descripciones detalladas de los métodos de preparación para muestras de nanotubos enriquecidas con metal, para mostrarle a la comunidad cuánto entendemos ahora sobre estos metales unidimensionales, " él dijo.
Como parte del largo trabajo, el equipo compiló y publicó tablas de estadísticas esenciales, incluidas las propiedades ópticas, para una variedad de nanotubos metálicos. "Proporcionamos antecedentes teóricos fundamentales y luego mostramos resultados experimentales muy detallados sobre propiedades únicas de los nanotubos metálicos, "Dijo Kono." Este documento resume qué tipo de aspectos se entienden, y lo que no es, sobre los procesos ópticos fundamentales en nanotubos y facilitará a los investigadores la identificación de sus características espectroscópicas y energías de transición ".
Las capas de nanotubos adquieren diferentes colores después de la separación mediante ultracentrifugación en gradiente de densidad en la Universidad de Rice. Crédito:Erik Hároz
Los nanotubos vienen en muchos sabores, dependiendo de su quiralidad. La quiralidad es una característica similar a los ángulos en los que una hoja de papel plana puede alinearse cuando se envuelve en un tubo. Corta el tubo por la mitad y los átomos del borde abierto se alinearían en forma de sillón, un zigzag o alguna variante. A pesar de que su materia prima es idéntica (hexágonos de carbono con forma de alambre de gallina), la quiralidad marca la diferencia en la forma en que los nanotubos transmiten la electricidad.
Los sillones son los más codiciados porque no tienen band gap; los electrones fluyen sin resistencia. Los cables fabricados con nanotubos de sillón tienen el potencial de mover la electricidad a grandes distancias prácticamente sin pérdidas. Eso los convierte en el estándar de oro como elemento básico del cable cuántico de sillón. El desarrollo continuo de este muy fuerte, ligero, El cable de alta capacidad podría mejorar aún más las propiedades récord de las fibras de nanotubos de carbono multifuncionales que está desarrollando el grupo del profesor de Rice Matteo Pasquali.
Un modelo molecular muestra una hebra única de ADN (la cinta amarilla) enrollada alrededor de un nanotubo de carbono "sillón". La imagen ilustra un proceso creado por el científico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología Ming Zheng para hacer muestras altamente purificadas de nanotubos de sillón. uno de varios procesos descritos en un nuevo artículo a nanoescala por investigadores del NIST, Rice University y Laboratorio Nacional de Los Alamos. Crédito:Roxbury, Jagota / NIST
El nuevo trabajo dirigido por Kono y Robert Hauge, un distinguido miembro de la facultad de química en Rice, junto con científicos del NIST y del Laboratorio Nacional de Los Alamos, mira más allá de las propiedades eléctricas establecidas del sillón para detallar más su potencial para la electrónica, sintiendo dispositivos ópticos y fotónicos.
"Por supuesto, para llegar necesitamos muestras realmente buenas, "Dijo Kono." Muchas aplicaciones dependerán de nuestra capacidad para separar nanotubos de carbono y luego ensamblar estructuras ordenadas macroscópicamente que consisten en nanotubos de quiralidad única. Nadie puede hacer eso en este momento ".
Cuando sale un lote de nanotubos de un horno, es un revoltijo de tipos. Eso hace que el análisis detallado de sus características, por no hablar de su uso práctico, sea un desafío.
Pero las técnicas desarrolladas en los últimos años en Rice y por el científico del NIST Ming Zheng para purificar los nanotubos metálicos están comenzando a cambiar eso. El estudiante graduado de Rice, Erik Hároz, dijo que experimentos recientes establecieron "evidencia inequívoca" de que un proceso que él y Kono están usando llamado ultracentrifugación de gradiente de densidad puede enriquecer muestras de conjuntos de sillones. Llevando las cosas más lejos El método de Zheng de cromatografía de intercambio iónico basada en ADN proporciona muestras muy pequeñas de nanotubos de sillón ultrapuros de una sola quiralidad.
Rice y NIST ahora están buscando formas de combinar los métodos para obtener lotes más grandes de una quiralidad de sillón específica, Dijo Kono.
Si alguien puede lograr tal avance, estos laboratorios pueden, él dijo. "Nuestro equipo tiene las mejores muestras de sillones disponibles gracias a estos dos métodos, y recientemente hemos logrado un progreso significativo en el aumento de nuestra comprensión de las propiedades de los nanotubos de sillón, como se describe en este Nanoescala artículo."
