En un gran ejemplo de "menos es más, "Los científicos de la Universidad de Rice han desarrollado un método poderoso para analizar nanotubos de carbono en solución.

La técnica de espectroscopia de varianza de los investigadores se enfoca en regiones pequeñas en soluciones de nanotubos diluidos para tomar instantáneas espectrales rápidas. Al analizar la composición de los nanotubos en cada instantánea y comparar las similitudes y diferencias en unos pocos miles de instantáneas, los investigadores obtienen nueva información sobre los tipos, números y propiedades de las nanopartículas en la solución.

El proceso se detalla en un artículo de acceso abierto en la publicación de la American Chemical Society. Revista de letras de química física este mes.

El químico de arroz Bruce Weisman, un pionero en el campo de la espectroscopia que lideró el descubrimiento e interpretación de la fluorescencia del infrarrojo cercano a partir de nanotubos de carbono semiconductores, espera que la espectroscopia de varianza se convierta en una herramienta valiosa para los investigadores que estudian materiales a nanoescala.

Los nanotubos de carbono son cilindros huecos de carbono puro que normalmente se cultivan en un horno. Hay docenas de tipos diferentes de nanotubos y las propiedades físicas y los usos potenciales varían para cada tipo. Todavía no existe una forma práctica de cultivar un solo tipo, por lo que a menudo es necesario clasificarlos por medios físicos o químicos. Weisman dijo que la espectroscopia de varianza podría ayudar a caracterizar las muestras de nanotubos en el proceso en curso para clasificar y separar tipos específicos para aplicaciones electrónicas y ópticas.

El laboratorio de Weisman probó su equipo personalizado en muestras dispersas de nanotubos de carbono de pared simple cultivados en Rice. Los investigadores capturaron espectros de fluorescencia de unos pocos miles de regiones pequeñas distintas. Las variaciones estadísticas entre estos espectros revelaron la cantidad de nanotubos de diferentes tipos y la intensidad con la que cada tipo emite luz. El análisis de datos adicional dio espectros "disecados" de cada tipo, libre de interferencias de otros en la muestra mixta.

"A medida que centramos nuestra atención en volúmenes cada vez más pequeños de la muestra, el promediado, el comportamiento uniforme que ves en la escala macroscópica comienza a descomponerse, y vemos efectos de la naturaleza particulada de la materia, " él dijo.

"En ese punto, hay fluctuaciones aleatorias en el número de partículas dentro del volumen observado. Lo que estamos haciendo es analizar las fluctuaciones aleatorias resultantes en los espectros para saber cuántas partículas de cada tipo están presentes y si están agregadas entre sí.

"Una analogía podría ser mirar a los fanáticos en un estadio de fútbol con los colores de sus equipos, ", Dijo Weisman." Si te alejas y miras a toda la multitud, todo lo que puede averiguar es la proporción general de fanáticos de Rice a fanáticos de Texas. Pero si amplía y analiza fila por fila, verá grupos de fanáticos de Rice y grupos de fanáticos de Texas y aprenderá cómo cada grupo se agrupa. Eso le brinda información adicional sobre la multitud que nunca podría obtener desde una vista grande.

"Es similar con los nanotubos, ", dijo." Observamos una muestra que tiene una variedad de estructuras y aprendemos más sobre las propiedades de los componentes individuales. Es una disección espectroscópica de una mezcla compleja para obtener información que sería mucho más difícil de obtener con cualquier otro método ".

Weisman dijo que la técnica también ayuda a abordar la molesta tendencia de los nanotubos a agruparse. "Cuando intentas utilizar un método de separación para clasificarlos, no puede hacerlo de manera eficaz si están unidos, ", Dijo Weisman." Si quieres el tipo A y ellos están pegados al tipo B, entonces estás desperdiciando tu esfuerzo de separación. Pero la espectroscopia de varianza proporciona una forma muy sensible de saber si las partículas de diferentes tipos en realidad viajan juntas ".

Weisman espera que la espectroscopia de varianza se pueda ampliar para analizar muchos materiales a nanoescala, como nanopartículas de oro y puntos cuánticos, utilizando diferentes sondas espectroscópicas. "Cuando haces nanomateriales, generalmente hay alguna variación en el tamaño de las partículas que da una variación correspondiente en las propiedades espectrales, ", dijo." Nuestro método de variación se puede utilizar con tales sistemas para echar un vistazo al interior ".