(PhysOrg.com) -- Un laboratorio della Rice University si è fatto avanti con un metodo efficiente per disperdere i nanotubi in un modo che preserva le loro proprietà uniche e ne aggiunge di più.

La nuova tecnica consente ai complessi metallici inorganici con diverse funzionalità di rimanere a stretto contatto con i nanotubi di carbonio a parete singola mantenendoli separati in una soluzione.

Questa separazione è fondamentale per i produttori che vogliono filare la fibra dai nanotubi, o mescolarli in materiali compositi per resistenza o per sfruttare le loro proprietà elettriche. Per i principianti, la capacità di funzionalizzare i nanotubi allo stesso tempo può far avanzare i sensori di imaging, catalisi e celle a combustibile a idrogeno attivate dal sole.

Meglio ancora, un lotto di nanotubi può apparentemente rimanere disperso in acqua per settimane e settimane.

Impedire ai nanotubi di carbonio di aggregarsi in soluzioni acquose e combinarli con molecole che aggiungono nuove capacità sono stati l'unico neo per gli scienziati che esplorano l'uso di questi materiali altamente versatili.

Hanno provato ad attaccare molecole organiche alle superfici dei nanotubi per aggiungere funzionalità e solubilità. Ma mentre queste tecniche possono separare i nanotubi l'uno dall'altro, mettono a dura prova l'elettronica dei nanotubi, proprietà termiche e meccaniche.

Angelo Marti, un assistente professore di chimica e bioingegneria della Rice e un giovane investigatore Norman Hackerman-Welch, e i suoi studenti hanno riportato questo mese sulla rivista della Royal Society of Chemistry Comunicazioni chimiche che i complessi polipiridilici di rutenio sono altamente efficaci nel disperdere i nanotubi in acqua in modo efficiente e per lunghi periodi. Il rutenio è un raro elemento metallico.

Una chiave è avere la molecola giusta per il lavoro. Marti e il suo team hanno creato complessi di rutenio combinando l'elemento con ligandi, molecole stabili che si legano agli ioni metallici. Il complesso molecolare risultante è in parte idrofobo (i leganti) e in parte idrofilo (il rutenio). I ligandi si legano fortemente ai nanotubi mentre le molecole di rutenio attaccate interagiscono con l'acqua per mantenere i tubi in soluzione e tenerli separati l'uno dall'altro.

Un'altra chiave si è rivelata la moderazione.

Originariamente, Marti ha detto, lui e i coautori Disha Jain e Avishek Saha non volevano risolvere un problema che ha sconvolto i chimici per decenni, ma la loro volontà di "fare qualcosa di folle" ha dato i suoi frutti. Jain è un ex ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Marti, e Saha è uno studente laureato.

I ricercatori stavano osservando i complessi di rutenio come parte di uno studio per tracciare i depositi di amiloide associati al morbo di Alzheimer. "Abbiamo iniziato a chiederci cosa sarebbe successo se avessimo modificato il complesso metallico in modo che potesse legarsi a un nanotubo, " disse Marti. "Questo fornirebbe solubilità, individualizzazione, dispersione e funzionalità."

lo ha fatto, ma non all'inizio. "Avishek ha messo questo insieme a nanotubi di carbonio purificati a parete singola (creati tramite il processo HiPco di Rice) e ha sonicato. Non è successo assolutamente nulla. I nanotubi non sono entrati in soluzione, si sono semplicemente ammassati sul fondo.

"È stato molto strano, ma è così che funziona la scienza:alcune cose che pensi siano buone idee non funzionano mai".

Saha ha rimosso il liquido e ha lasciato i nanotubi ammassati sul fondo della provetta da centrifuga. "Così ho detto, 'Bene, perché non fai qualcosa di pazzo Basta aggiungere acqua a quello, e con quel po' di rutenio che potrebbe restarci, prova a fare la reazione.' Lo ha fatto, e la soluzione è diventata nera."

Una bassa concentrazione di rutenio ha funzionato. "Abbiamo scoperto che lo 0,05% del complesso di rutenio è la concentrazione ottimale per dissolvere i nanotubi, " Ha detto Marti. Ulteriori sperimentazioni hanno mostrato che i semplici complessi di rutenio da soli non hanno funzionato. La molecola richiede la sua coda di ligando idrofoba, che cerca di ridurre al minimo la sua esposizione all'acqua legandosi con i nanotubi. "È la stessa cosa che vogliono fare i nanotubi, quindi è un rapporto favorevole, " Egli ha detto.

Marti ha anche scoperto che la fluorescenza naturale dei nanotubi non è influenzata dai complessi di rutenio. "Anche se sono stati purificati, che può introdurre difetti, mostrano ancora una fluorescenza molto buona, " Egli ha detto.

Ha detto che alcuni complessi di rutenio hanno la capacità di rimanere in uno stato eccitato per lungo tempo - circa 600 nanosecondi, o 100 volte più lungo delle normali molecole organiche. "Significa che la probabilità che trasferisca un elettrone è alta. È conveniente per le applicazioni di trasferimento di energia, che sono importanti per l'imaging, " Egli ha detto.

Il fatto che i nanotubi rimangano sospesi per lungo tempo dovrebbe attirare l'attenzione dei produttori che li utilizzano alla rinfusa. "Dovrebbero rimanere separati per settimane senza problemi, "Ha detto Marti. "Abbiamo soluzioni che sono rimaste ferme per mesi senza alcun segno di crollo".