(PhysOrg.com) -- Il laboratorio di ricerca dell'aeronautica a Dayton, Ohio, ha confermato sperimentalmente una teoria del professor Boris Yakobson della Rice University che prediceva un paio di proprietà interessanti sulla crescita dei nanotubi:che la chiralità di un nanotubo controlla la velocità della sua crescita, e che i nanotubi da poltrona dovrebbero crescere più velocemente.

Il lavoro è un passo sicuro verso la definizione di tutti i misteri inerenti a quello che Yakobson chiama il "codice DNA dei nanotubi, "i parametri che determinano la loro chiralità - o angolo di crescita - e quindi la loro elettricità, proprietà ottiche e meccaniche. Lo sviluppo della capacità di coltivare lotti di nanotubi con caratteristiche specifiche è un obiettivo fondamentale della ricerca su scala nanometrica.

Il nuovo articolo del ricercatore senior dell'Air Force Benji Maruyama; l'ex collega dell'aeronautica Rahul Rao, ora all'Honda Research Institute in Ohio; Yakobson e i loro coautori sono apparsi questa settimana nella versione online della rivista Materiali della natura .

È un epilogo interessante in una saga iniziata con un articolo del 2009 di Yakobson e dei suoi collaboratori. quella carta, che ha presentato la teoria della dislocazione del fisico teorico della crescita controllata dalla chiralità, ha descritto come i nanotubi emergano come se singoli fili di atomi si intrecciassero negli ormai familiari tubi a forma di filo di pollo. Ha anche raccolto un po' di polemiche su cosa significassero esattamente i risultati.

"Boris ha preso un po 'di calore su di esso, " disse Maruyama. "Il lavoro sperimentale là fuori indicava che la sua teoria potrebbe essere vera, ma non hanno potuto confermarlo. La parte buona del nostro lavoro è che è abbastanza inequivocabile".

Yakobson, Karl F. Hasselmann di Rice, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e professore di chimica, ha preso tutto con calma. "La critica non ha influito su nulla; in realtà è stata la migliore pubblicità e motivazione per ulteriori lavori, " ha detto. "In effetti, (pioniere dei nanotubi Sumio) Iijima ha notato presto che "l'elicità può aiutare la crescita". L'abbiamo trasformata in un'equazione verificabile".

La conferma sperimentale di una teoria non è mai definitiva ma sempre soddisfacente, ha ammesso, e il laboratorio dell'Air Force era attrezzato in modo unico per dimostrare il legame tra la velocità di crescita di un nanotubo e il suo angolo chirale.

La chiralità di un nanotubo a parete singola è determinata dal modo in cui i suoi atomi di carbonio vengono "laminati". Yakobson lo ha descritto come simile ad arrotolare un giornale; a volte il tipo si allinea, e a volte no. Tale allineamento determina le proprietà elettriche dei nanotubi. Nanotubi metallici per poltrone, così chiamati per la forma dei loro bordi scoperti, sono particolarmente desiderabili perché gli elettroni passano da punta a punta senza resistenza, mentre i nanotubi semiconduttori sono utili per l'elettronica, tra le altre applicazioni.

Rao ha sviluppato una tecnica nel laboratorio di Maruyama per misurare i tassi di crescita dei singoli nanotubi. "È una configurazione impressionante, " Ha detto Yakobson. "Possono far crescere singoli tubi in una densità molto bassa e identificare le loro firme - la loro chiralità - e allo stesso tempo misurare la velocità con cui crescono".

La tecnica prevedeva il montaggio di nanoparticelle di catalizzatore su colonne di silicio microscopiche e l'attivazione di laser strettamente controllati su di esse. Il calore del laser ha innescato la crescita dei nanotubi attraverso una tecnica standard chiamata deposizione chimica da vapore, e allo stesso tempo, i ricercatori hanno analizzato le crescite di nanotubi tramite la spettroscopia Raman.

Dagli spettri, potevano dire quanto velocemente cresceva un nanotubo ea che punto terminava la crescita. Le successive immagini al microscopio elettronico hanno confermato che gli spettri provenivano da singoli nanotubi a parete singola, mentre gli angoli chirali sono stati determinati confrontando gli spettri Raman post-crescita e i diametri dei nanotubi con il diagramma di Kataura, che mappa la chiralità in base al band gap e al diametro.

Hanno notato nel documento che i risultati forniscono una base per ulteriori ricerche sulla crescita di tipi specifici di nanotubi. "Ora che sappiamo qual è il tasso di crescita di un particolare nanotubo di chiralità, si potrebbe pensare di cercare di ottenere la crescita di quella specifica chiralità influenzando di conseguenza le condizioni di crescita, " Rao ha detto. "Quindi, fondamentalmente, ora abbiamo un'altra "manopola" da girare."

"Questo lavoro è in una fase di sviluppo molto precoce, ed è tutta una questione di post-nucleazione, " Ha detto Yakobson. "La nucleazione imposta quello che penso sia il codice genetico - molto primitivo rispetto alla biologia - che determina la chiralità e la velocità di crescita di un nanotubo." Ha detto che un giorno potrebbe essere possibile dettare la forma di un nanotubo quando inizia a gorgogliare da un catalizzatore, "ma ci vorrà un sacco di ingegno."

Yakobson ha rivelato una formula l'anno scorso che ha definito la probabilità di nucleazione attraverso le energie di bordo per il grafene, che è fondamentalmente un nanotubo tagliato e appiattito. Ma la precedente e correlata teoria della dislocazione si applica alla seguente crescita, e se confermato ulteriormente potrebbe rivelarsi il suo capolavoro.

"La teoria della dislocazione della crescita è elegante e semplice, " Ha detto Rao. "E 'ancora troppo presto per dire che è l'unico meccanismo di crescita, ma a Boris dovrebbe essere dato molto credito per aver proposto questa idea audace in primo luogo."