El método actual de fabricación de nanotubos de carbono, en esencia hojas de grafeno enrolladas, no permite un control total sobre su diámetro. longitud y tipo. Este problema se ha resuelto recientemente para dos de los tres tipos diferentes de nanotubos, pero el tercer tipo, conocidos como nanotubos en 'zigzag', había permanecido fuera de su alcance. Los investigadores de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) ahora han descubierto cómo sintetizar la variedad en zigzag.

Su método se describe en la revista. Química de la naturaleza , publicado el 25 de enero.

Gracias a la capacidad única del carbono de combinarse con otros átomos para formar moléculas, cuando se combina consigo mismo, puede hacerlo de muchas formas estructuralmente diferentes (como diamantes y grafito) con diferentes propiedades. En décadas recientes, Se han producido formas como el grafeno, una capa de carbono de un átomo de espesor formada a partir de una red hexagonal en forma de panal. Otra de estas diferentes formas, o 'alótropos, 'que se puede producir es un cilindro hueco de grafeno conocido como nanotubo.

Cuando los hexágonos de carbono en el nanotubo se juntan en esta celosía alveolar, forman un sillón, zigzag o configuración quiral. El nombre 'zigzag' se usa para la configuración en la que la 'ruta' de cada enlace molecular entre átomos de carbono se dirige primero hacia la izquierda en 60 grados, luego hacia la derecha en 60 grados, luego a la izquierda 60 grados, luego a la derecha 60 grados nuevamente:un patrón en zigzag. El nombre 'sillón' describe un camino que se mueve dos veces hacia la izquierda, luego dos veces a la derecha, antes de repetir. Este camino supuestamente se parece un poco a un sillón, de ahí el nombre. Un tercer tipo, quiral se encuentra entre estas dos formas, junto con su imagen especular.

Si uno pudiera tomar un cuchillo y cortar estos tubos dos veces horizontalmente contra el eje longitudinal, se podría producir un 'cinturón' de nanotubos, compuesto por 12 anillos hexagonales de carbono. Este cinturón se llama 'nanocinturón'.

Los esfuerzos en la producción de estos nano cinturones han sido objeto de mucha investigación académica. Esto se debe a las limitaciones de la fabricación convencional de nanotubos, que toma lo que se denomina una forma "de arriba hacia abajo". La fabricación de arriba hacia abajo implica la pulverización de una gran masa de carbono en polvo, después de lo cual los nanotubos se forman aleatoriamente en uno o más de los tres tipos de configuración.

"El problema aquí es que no puede controlar qué tipo de configuración se forma, o el diámetro, o incluso la longitud, "dijo Yasutomo Segawa, del Instituto de Ciencia Molecular del NINS y autor correspondiente del artículo. "Pero si puedes construir un nanotubo de abajo hacia arriba, de la 'semilla' de un nanocinturón, entonces controlas los tres aspectos ".

Investigaciones anteriores en 2019 habían podido producir sillones y nano cinturones quirales, pero no el tercer tipo:el zigzag.

Y ahora por primera vez los investigadores pudieron formar un nanocinturón en zigzag. La clave de la estrategia de síntesis de nanocinturones fue el puente de los anillos hexagonales por un átomo de oxígeno (la adición de una unidad de oxanorbornadieno). Luego pudieron usar cristalografía de rayos X para confirmar que esta estructura, que había sido predicho por cálculos teóricos, de hecho se estaba formando en el mundo real.

Con esta tercera síntesis de nanocinturones, los tres tipos de nanotubos:sillón, quiral y zigzag:en principio, ahora están disponibles. Este es un gran paso hacia la síntesis ascendente de nanotubos de carbono hechos por encargo.

El siguiente paso es llevar esta prueba de concepto a la síntesis ascendente selectiva de estructura real de nanotubos de carbono, mediante el uso de la síntesis de nanotubos de carbono utilizando sus nanocinturones como semillas.