El carbono no es solo el elemento más importante para la vida, también tiene fascinantes propiedades propias. El grafeno, una hoja de carbono puro de solo un átomo de espesor, es uno de los materiales más fuertes. Enrolle grafeno en un cilindro y obtendrá nanotubos de carbono (CNT), la clave de muchas tecnologías emergentes.
Ahora, en un estudio informado en Comunicaciones químicas , investigadores de la Universidad de Kyushu de Japón aprendieron a controlar la fluorescencia de los CNT, potencialmente permitiendo nuevas aplicaciones.
Los CNT son naturalmente fluorescentes:cuando se colocan bajo la luz, responden soltando luz propia, un proceso llamado fotoluminiscencia. La longitud de onda (color) de la fluorescencia depende de la estructura de los tubos, como el ángulo en el que se enrollan. Los CNT fluorescentes se han estudiado para su uso en iluminación LED e imágenes médicas.
El equipo de Kyushu tenía como objetivo obtener un control más preciso sobre la longitud de onda de emisión. "La fluorescencia se produce cuando los electrones utilizan la energía de la luz para saltar a orbitales superiores alrededor de los átomos, "explican los autores principales." Se hunden de nuevo a un orbital inferior, luego libera el exceso de energía en forma de luz. La longitud de onda de la luz emitida difiere de la luz de entrada, dependiendo de la energía del orbital emisor ". Aunque la fluorescencia a menudo se asocia con materiales amarillos, la fluorescencia de estos CNT es infrarroja, que es invisible a la vista pero puede ser detectado por sensores.
Los investigadores utilizaron la química para unir moléculas orgánicas (hexágonos de átomos de carbono) a los CNT. Esto empujó los orbitales hacia arriba o hacia abajo, sintonizando así la fluorescencia. Uno de los seis átomos de cada hexágono estaba unido a un CNT, anclando la molécula al tubo. Otro estaba unido a un grupo extra de átomos (un sustituyente). Debido a la forma hexagonal, los dos carbonos enlazados podrían ser adyacentes (denotados "o"), o separados por un carbono ("m"), o por dos ("p"). La mayoría de los estudios utilizan la disposición "p", donde el sustituyente apunta fuera de la CNT, pero el equipo de Kyushu comparó los tres.
El patrón "o" produjo una fluorescencia muy diferente de "m" y "p", en lugar de una longitud de onda infrarroja, las CNT emitían ahora dos. Esto resultó de la distorsión de los tubos por los sustituyentes, que se apretaron contra las paredes del tubo. Mientras tanto, para los arreglos "m" y "p", las energías dependían de qué elementos estaban en el sustituyente. Por ejemplo, El NO2 produjo brechas más grandes entre los orbitales que el bromo. Esto no fue una sorpresa como el NO2 es mejor para atraer electrones, creando un campo eléctrico (dipolo). Sin embargo, el tamaño del efecto difirió entre "m" y "p".
"La variación en las energías orbitales con diferentes sustituyentes nos da un control preciso de la longitud de onda de emisión de los CNT en un amplio rango, "dicen los autores." El resultado más importante es comprender cómo los dipolos influyen en la fluorescencia, para que podamos diseñar de forma racional CNT con las longitudes de onda muy precisas que necesitan los dispositivos biomédicos. Esto podría ser muy importante para el desarrollo de la bioimagen en un futuro próximo ".
El artículo, "Modulación de fotoluminiscencia en el infrarrojo cercano mediante el diseño del sitio del defecto utilizando isómeros de arilo en nanotubos de carbono de pared simple funcionalizados localmente, "fue publicado en Comunicaciones químicas .
