Así como muchos de nosotros podríamos estar resignados a los saleros atascados o al tráfico en las horas pico, aquellos que trabajan para explotar las propiedades especiales de los nanotubos de carbono generalmente se encogen de hombros cuando estos cilindros más pequeños se llenan de agua durante el procesamiento. Pero para los practicantes de nanotubos que han alcanzado su umbral de Popeye y "no pueden soportar más, "el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha ideado un estrategia rápida y eficaz que mejora de forma fiable la calidad y la coherencia de los materiales, lo que es importante para utilizarlos de forma eficaz en aplicaciones como las nuevas tecnologías informáticas.

Para evitar que los núcleos de los nanotubos de carbono de pared simple se llenen con agua u otras sustancias perjudiciales, los investigadores del NIST aconsejan rellenarlos previamente intencionalmente con una sustancia química deseada de propiedades conocidas. Dando este paso antes de separar y dispersar los materiales, generalmente hecho en agua, produce una colección uniforme de nanotubos. En cantidad y calidad, los resultados son superiores a los nanotubos llenos de agua, especialmente para aplicaciones ópticas como sensores y fotodetectores.

El enfoque abre una ruta sencilla para diseñar las propiedades de los nanotubos de carbono de pared simple (láminas enrolladas de átomos de carbono dispuestas como alambre de gallinero o panales de miel) con propiedades nuevas o mejoradas.

"Este enfoque es tan fácil, económico y ampliamente útil que no puedo pensar en una razón para no usarlo, "dijo el ingeniero químico del NIST Jeffrey Fagan.

En sus experimentos de prueba de concepto, El equipo del NIST insertó más de 20 compuestos diferentes en una variedad de nanotubos de carbono de pared simple con un diámetro interior que variaba desde más de 2 hasta aproximadamente 0,5 nanómetros. Dirigido por el investigador visitante Jochen Campo, los científicos probaron su estrategia utilizando hidrocarburos llamados alcanos como rellenos.

Los alcanos que incluyen compuestos tan familiares como el propano y el butano, sirvió para hacer que los interiores de los nanotubos no reaccionaran. En otras palabras, los nanotubos llenos de alcanos se comportaron casi como si estuvieran vacíos, precisamente el objetivo de Campo, Fagan y colegas.

En comparación con los nanotubos llenos de agua y posiblemente iones, ácidos y otros productos químicos no deseados que se encuentran durante el procesamiento, Los nanotubos vacíos poseen propiedades muy superiores. Por ejemplo, cuando es estimulado por la luz, Los nanotubos de carbono vacíos emiten una fluorescencia mucho más brillante y con señales más nítidas.

Todavía, La "ingestión espontánea" de agua u otros disolventes por los nanotubos durante el procesamiento es un "fenómeno endémico, pero a menudo descuidado, con fuertes implicaciones para el desarrollo de aplicaciones de nanotubos, ", escribió el equipo del NIST en un artículo reciente en Horizontes a nanoescala .

Quizás debido al costo adicional y al esfuerzo requerido para filtrar y recolectar nanotubos, los investigadores tienden a tolerar lotes mixtos de nanotubos de carbono de pared simple sin llenar (vacíos) y en su mayoría llenos. Separar los nanotubos sin relleno de estas mezclas requiere un costoso equipo de ultracentrífuga y, incluso entonces, el rendimiento es solo de alrededor del 10 por ciento, Estimaciones de Campo.

"Si su objetivo es utilizar nanotubos para circuitos electrónicos, por ejemplo, o para agentes de contraste de imagen fluorescentes anticáncer, entonces necesita cantidades mucho mayores de materiales de composición y calidad consistentes, Campo explicó, que estaba explorando estas aplicaciones mientras realizaba una investigación postdoctoral en la Universidad de Amberes. "Esta necesidad particular inspiró el desarrollo del nuevo método de llenado previo al hacer la pregunta, ¿Podemos poner algún químico pasivo en el nanotubo para mantener el agua fuera?

Desde los primeros experimentos sencillos, la respuesta fue sí. Y los beneficios pueden ser importantes. En experimentos de fluorescencia, Los nanotubos llenos de alcanos emitían señales de dos a tres veces más fuertes que las emitidas por los nanotubos llenos de agua. El rendimiento se acercó al de los nanotubos vacíos, el estándar de oro para estas comparaciones.

Tan importante, la estrategia de llenado previo desarrollada por NIST es controlable, versátil y fácil de incorporar a los métodos existentes para procesar nanotubos de carbono de pared simple, según los investigadores.