Se guardassi un nanotubo di carbonio ad occhio nudo non vedresti molto più che polvere nera, ma ora un team di scienziati finanziati dall'UE ha sviluppato un nuovo modo per rendere più visibili questi elementi costitutivi della nanotecnologia multiuso.
I nanotubi di carbonio sono strutture che assomigliano a molti esagoni a forma di nido d'ape, tutti arrotolati in un tubo cilindrico senza soluzione di continuità. È difficile farli emettere luce in quanto sono ottimi conduttori elettrici e catturano l'energia da altre specie chimiche luminescenti poste nelle vicinanze.
Eppure ora il team paneuropeo ha escogitato modi per utilizzare la superficie relativamente elevata dei nanotubi di carbonio, che permette a molte altre molecole, compresi quelli in grado di emettere luce, per attaccarsi ad esso. Queste molecole assumono la forma di sostanze chimiche in grado di visualizzare la luce rossa.
Nell'ambito di un progetto UE, ricercatori dal Belgio, Francia, Germania, Ungheria, L'Italia e la Polonia stanno preparando e caratterizzando materiali luminescenti in cui luminofori organici e inorganici opportunamente progettati sono incapsulati all'interno di nanocontenitori (cioè nanotubi di carbonio e gabbie di coordinazione) in cui possono preservare e persino migliorare il loro rendimento di emissione.
L'obiettivo finale del progetto è creare una libreria di moduli luminescenti che emettono in tutta la regione VIS-NIR per la produzione di materiali ibridi funzionali superiori. La regolazione del colore di emissione è definita dall'ospite che emette, mentre la versatilità nell'applicazione finale è controllata tramite la funzionalizzazione chimica su misura dell'ospite.
"Partecipiamo al progetto come gruppo di ricerca specializzato in studi sui composti dei lantanidi. Abbiamo deciso di combinare le loro elevate proprietà luminescenti con le eccellenti caratteristiche meccaniche ed elettriche dei nanotubi, " afferma il professor Marek Pietraszkiewicz dell'Istituto di chimica fisica dell'Accademia polacca delle scienze (IPC PAS) di Varsavia, uno dei partner del consorzio FINELUMEN.
Però, il team ha scoperto che non si trattava solo di un semplice caso di attaccamento a queste molecole che emettono luce, come spiega la ricercatrice Valentina Utochnikova dell'IPC PAS:
"L'attaccamento di complessi emettitori di luce direttamente al nanotubo è, però, non favorevole, perché quest'ultimo, come un nero assorbitore, estinguerebbe altamente la luminescenza."
Per combattere questo assorbimento di luce indesiderato, il team ha prima sottoposto i nanotubi di carbonio a una reazione termica da 140 a 160 gradi Celsius in una soluzione di liquido ionico modificato con una funzione di azido terminale. La reazione produce nanotubi rivestiti con molecole che agiscono come ancoraggi-collegamenti. Da un lato, gli ancoraggi sono fissati alla superficie del nanotubo, e dall'altro possono attaccare molecole in grado di visualizzare la luce visibile. Il terminale libero di ogni collegamento porta una carica positiva.
I nanotubi così preparati vengono successivamente trasferiti in un'altra soluzione contenente un complesso di lantanidi caricato negativamente - tetrakis-(4, 4, 4-trifluoro-1-(2-naftil-1, 3-butanedionato)europio.
"I composti dei lantanidi contengono elementi del VI gruppo della tavola periodica e sono molto attraenti per la fotonica, in quanto caratterizzati da un'elevata resa quantica di luminescenza e da un'elevata purezza cromatica della luce emessa, " commenta Valentina Utochnikova.
Dopo aver sciolto in soluzione, complessi di europio caricati negativamente sono catturati spontaneamente da terminali liberi caricati positivamente di ancore attaccati a nanotubi a causa dell'interazione elettrostatica. Successivamente, ogni nanotubo è rivestito in modo durevole con molecole in grado di emettere luce visibile. Una volta completata la reazione, i nanotubi modificati vengono quindi lavati ed essiccati.
Il risultato finale è una polvere fuligginosa che esposta ai raggi UV emette luce rossa grazie ai complessi di lantanidi ancorati ai nanotubi di carbonio.
Rendendo questi materiali il più versatili possibile, esiste un enorme potenziale per il loro maggiore utilizzo nel bioimaging, dispositivi e sensori optoelettronici.
