Las "jaulas" de éter de corona atrapan los iones de potasio pero dejan nanotubos con una carga negativa repelente en soluciones que serán valiosas para la formación de iones de potasio muy fuertes. fibras de nanotubos de carbono de alta conductividad. El descubrimiento de la Universidad de Rice aparece en ACS Nano . Crédito:Grupo Martí / Universidad Rice
(Phys.org) —La estrategia cautelosa de un laboratorio de la Universidad de Rice convierte los nanotubos de carbono cargados negativamente en cristales líquidos que podrían mejorar la creación de fibras y películas.
El último paso hacia la fabricación de macromateriales a partir de nanotubos microscópicos depende de éteres corona en forma de jaula que capturan cationes de potasio. Los nanotubos de carbono cargados negativamente se asocian con cationes de potasio para mantener su neutralidad eléctrica. En efecto, los éteres ayudan a eliminar estos cationes de la superficie de los nanotubos, resultando en una carga neta que ayuda a contrarrestar la atracción eléctrica de van der Waals que normalmente convierte los nanotubos de carbono en un grupo inutilizable.
El proceso del químico Rice Angel Martí, sus estudiantes y colegas se reveló en la revista American Chemical Society ACS Nano .
Los nanotubos de carbono se han considerado durante mucho tiempo como una base potencial para ultrafuerte, fibras altamente conductoras - una premisa confirmada en un trabajo reciente del profesor de Rice y coautor Matteo Pasquali - y prepararlas ha dependido del uso de un "superácido, "ácido clorosulfónico, eso le da a los nanotubos una carga positiva y hace que se repelan entre sí en una solución.
Martí y los primeros autores Chengmin Jiang y Avishek Saha, ambos estudiantes de posgrado en Rice, decidió considerar la producción de soluciones de nanotubos desde otro ángulo. "Vimos en la literatura que había una manera de hacer lo contrario y dar cargas negativas a la superficie de los nanotubos, "Dijo Martí. Implicaba infundir nanotubos de carbono de pared simple con metales alcalinos, en este caso, potasio, y convertirlos en una especie de sal conocida como polielectrolito. Mezclarlos en un solvente orgánico, dimetilsulfóxido (DMSO), forzó a los nanotubos cargados negativamente a arrojar algunos iones de potasio y repelerse entre sí, pero en concentraciones demasiado bajas para extruirse en fibras y películas.
Eso requirió la adición de moléculas de éter conocidas como 18-corona-6 por sus arreglos atómicos en forma de corona. Las coronas tienen un apetito particular por el potasio; quitan los iones restantes de las paredes de nanotubos y los secuestran. Las cualidades repulsivas de los tubos aumentan y permiten que haya más nanotubos en una solución antes de que van der Waals los obligue a coagularse.
Los nanotubos esparcidos por la superficie de un portaobjetos demuestran que las cargas negativas aplicadas a los tubos son eficaces para dispersarlos. La investigación de la Universidad de Rice contribuirá a una creación más eficaz de materiales a macroescala a partir de nanotubos. Crédito:Grupo Martí / Universidad Rice
En masa crítica, Los nanotubos suspendidos en solución salen de la habitación y forman un cristal líquido, Dijo Martí. "Se alinean cuando están tan abarrotados en la solución que no pueden empacar más cerca en un estado alineado aleatoriamente, ", dijo." Las repulsiones electrostáticas evitan que las interacciones de van der Waals se hagan cargo, para que los nanotubos no tengan otra opción que alinearse, formando cristales líquidos ".
Los nanotubos cristalinos líquidos son esenciales para la producción de fibra conductora, como la fibra conseguida con suspensiones superácidas. Pero Martí dijo que volverse negativo significa que los nanotubos se pueden funcionalizar más fácilmente, es decir, alterado químicamente para usos específicos.
"Las cargas negativas en la superficie de los nanotubos permiten reacciones químicas que no se pueden hacer con superácidos, "Dijo Martí." Puedes, por ejemplo, poder funcionalizar la superficie de los nanotubos de carbono al mismo tiempo que haces fibra. Es posible que pueda reticular nanotubos para hacer una fibra más fuerte mientras la extruye.
"Creemos que estamos trayendo un nuevo actor al campo de la nanotecnología de carbono, especialmente para la fabricación de materiales macroscópicos, " él dijo.
