Gli scienziati della Rice University hanno trovato il solvente "definitivo" per tutti i tipi di nanotubi di carbonio (CNT), una svolta che avvicina sempre di più la creazione di un nanofilo quantistico altamente conduttivo.

I nanotubi hanno la frustrante abitudine di raggruppare, rendendoli meno utili rispetto a quando sono separati in una soluzione. Scienziati del riso guidati da Matteo Pasquali, professore di ingegneria chimica e biomolecolare e di chimica, hanno cercato di districarli per anni mentre cercano metodi scalabili per rendere eccezionalmente forti, ultraleggero, materiali altamente conduttivi che potrebbero rivoluzionare la distribuzione dell'energia, come il filo quantico della poltrona.

Il filo quantico della poltrona - un cavo macroscopico di nanotubi metallici ben allineati - è stato immaginato dal compianto Richard Smalley, un chimico del riso che ha condiviso il premio Nobel per la sua parte nella scoperta della famiglia di molecole che include il nanotubo di carbonio. Rice festeggia quest'anno il 25° anniversario di quella scoperta.

Pasquali, l'autore principale Nicholas Parra-Vasquez e i loro colleghi hanno riportato questo mese nel giornale online ACS Nano che l'acido clorosolfonico può sciogliere nanotubi lunghi mezzo millimetro in soluzione, un passaggio critico nella filatura delle fibre da nanotubi ultralunghi.

Metodi attuali per dissolvere i nanotubi di carbonio, che includono circondare i tubi con tensioattivi simili a sapone, drogandoli con metalli alcalini o attaccando piccoli gruppi chimici alle pareti laterali, disperdere nanotubi a concentrazioni relativamente basse. Queste tecniche non sono ideali per la filatura delle fibre perché danneggiano le proprietà dei nanotubi, o attaccando piccole molecole alle loro superfici o accorciandole.

Alcuni anni fa, i ricercatori di Rice hanno scoperto che l'acido clorosolfonico, un "superacido, " aggiunge cariche positive alla superficie dei nanotubi senza danneggiarli. Questo fa sì che i nanotubi si separino spontaneamente l'uno dall'altro nella loro naturale forma a fascio.

Questo metodo è ideale per realizzare soluzioni di nanotubi per la filatura delle fibre perché produce sostanze fluide che assomigliano molto a quelle utilizzate nella filatura industriale di fibre ad alte prestazioni. Fino a poco tempo fa, i ricercatori pensavano che questo metodo di dissoluzione sarebbe stato efficace solo per brevi nanotubi a parete singola.

Nel nuovo giornale, il team di Rice ha riferito che il metodo di dissoluzione acida funziona anche con qualsiasi tipo di nanotubo di carbonio, indipendentemente dalla lunghezza e dal tipo, purché i nanotubi siano relativamente privi di difetti.

Parra-Vasquez ha descritto il processo come "molto facile".

"Semplicemente aggiungendo i nanotubi all'acido clorosolfonico si ottiene la dissoluzione, senza nemmeno mescolare, " Egli ha detto.

Mentre la ricerca precedente si era concentrata sui nanotubi di carbonio a parete singola, il team ha scoperto che l'acido clorosolfonico è anche abile nel dissolvere i nanotubi a parete multipla (MWNT). "Esistono molti processi che producono nanotubi multiparete a un costo inferiore, e c'è molta ricerca con loro, " disse Parra-Vasquez, che ha conseguito il dottorato in Rice l'anno scorso. "Speriamo che questo apra nuove aree di ricerca".

Hanno anche osservato per la prima volta che lunghi SWNT dispersi dal superacido formano cristalli liquidi. "Sapevamo già che con i nanotubi più corti, la fase liquido-cristallina è molto diversa dai cristalli liquidi tradizionali, quindi i cristalli liquidi formati da nanotubi ultralunghi dovrebbero essere interessanti da studiare, " Egli ha detto.

Parra-Vasquez, ora ricercatore post-dottorato presso il Centre de Physique Moleculaire Optique et Hertzienne, Università di Bordeaux, Talento, Francia, è venuto a Rice nel 2002 per studi universitari con Pasquali e Smalley.

Il coautore dello studio Micah Green, assistente professore di ingegneria chimica al Texas Tech ed ex borsista post-dottorato nel gruppo di ricerca di Pasquali, detto lavoro con nanotubi lunghi è fondamentale per ottenere proprietà eccezionali nelle fibre perché sia ​​le proprietà meccaniche che elettriche dipendono dalla lunghezza dei nanotubi costituenti. Pasquali ha detto che l'uso di lunghi nanotubi nelle fibre dovrebbe migliorare le loro proprietà dell'ordine di una o due grandezze, e che proprietà potenziate simili sono previste anche nei film sottili di nanotubi di carbonio oggetto di indagine per applicazioni elettroniche flessibili.

Un obiettivo immediato per i ricercatori, Parra-Vasquez ha detto, sarà trovare "grandi quantità di nanotubi ultralunghi a parete singola con bassi difetti - e poi realizzare quella fibra che abbiamo sognato di fare da quando sono arrivato a Rice, un sogno che aveva Rick Smalley e che da allora abbiamo condiviso tutti".