Los nanotubos de carbono de pared simple están cargados con propiedades deseables. En particular, la capacidad de conducir electricidad a altas velocidades los hace atractivos para su uso como transistores a nanoescala. Pero esta y otras propiedades dependen en gran medida de su estructura, y su estructura se determina cuando el nanotubo apenas comienza a formarse.
En un paso hacia la comprensión de los factores que influyen en cómo se forman los nanotubos, investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), la Universidad de Maryland, y Texas A&M han logrado filmarlos cuando solo tienen unos pocos átomos de edad. Estas "imágenes de bebés" de nanotubos brindan información crucial sobre cómo germinan y crecen, potencialmente abriendo el camino para que los científicos los creen en masa con solo las propiedades que desean. Los resultados se publicaron en línea en Nano letras .
Para comprender mejor cómo crecen los nanotubos de carbono y cómo hacer crecer los que desee, necesita comprender el comienzo mismo del proceso de crecimiento, llamado nucleación. Para hacer eso, necesita poder visualizar el proceso de nucleación a medida que ocurre. Sin embargo, esto no es fácil porque involucra una pequeña cantidad de átomos que se mueven rápidamente, lo que significa que debe tomar fotografías de muy alta resolución muy rápidamente.
Porque rapido las cámaras de alta resolución son caras, En cambio, los científicos del NIST desaceleraron la tasa de crecimiento al reducir la presión dentro de su instrumento, un microscopio electrónico de transmisión de barrido ambiental. Dentro de la cámara del microscopio, a altas temperaturas y baja presión, el equipo observó cómo los átomos de carbono generados a partir del acetileno caían sobre trozos de carburo de cobalto de 1,2 nanómetros, donde se unieron, formado en grafeno, rodeó la nanopartícula, y comenzó a crecer en nanotubos.
"Nuestras observaciones mostraron que los átomos de carbono unidos solo a las facetas de metal puro de la nanopartícula de carburo de cobalto, y no esas facetas entrelazadas con átomos de carbono, "dice el químico del NIST Renu Sharma, quien dirigió el esfuerzo de investigación. "El tubo floreciente luego creció por encima de las facetas de cobalto-carbono hasta que encontró otra superficie de metal puro a la que adherirse, formando una tapa cerrada. Los átomos de carbono continuaron adhiriéndose a las facetas del cobalto, empujando el grafeno previamente formado hacia la tapa en una especie de línea de montaje de carbono y alargando el tubo. Todo este proceso tomó solo unos segundos ".
Según Sharma, los átomos de carbono buscan las configuraciones energéticamente más favorables, ya que forman grafeno en la superficie de la nanopartícula de carburo de cobalto. Mientras que el grafeno tiene un aspecto mayoritariamente hexagonal, estructura tipo panal, la geometría de la nanopartícula obliga a los átomos de carbono a organizarse en formas pentagonales dentro de la red en forma de panal. Crucialmente, estas irregularidades pentagonales en la estructura del grafeno son las que permiten que el grafeno se curve y se convierta en un nanotubo.
Debido a que las facetas de las nanopartículas también parecen jugar un papel decisivo en el diámetro y la quiralidad de los nanotubos, o dirección de giro, El siguiente paso del grupo será medir la quiralidad de los nanotubos a medida que crecen. El grupo también planea usar nanopartículas metálicas con diferentes facetas para estudiar sus propiedades adhesivas y ver cómo afectan la quiralidad y el diámetro de los tubos.
