(Phys.org) -- Dopo aver esplorato per 25 anni, gli scienziati hanno risolto la questione di come si forma l'iconica famiglia di molecole di carbonio ingabbiate note come buckyballs.

I risultati della Florida State University e del National High Magnetic Field Laboratory, finanziato dalla National Science Foundation, o MagLab, a Tallahassee, Fla., gettare luce fondamentale sull'autoassemblaggio delle reti di carbonio. I risultati dovrebbero avere importanti implicazioni per la nanotecnologia del carbonio e fornire informazioni sull'origine dei fullereni spaziali, che si trovano in tutto l'universo.

Molte persone conoscono il buckyball, noto anche dagli scienziati come buckminsterfullerene, carbonio 60 o C ₆₀ , dalle copertine dei loro libri di testo scolastici di chimica. Infatti, la molecola rappresenta l'immagine iconica della "chimica". molecole bellissime con proprietà affascinanti si formano in primo luogo è stato un mistero per un quarto di secolo. Nonostante le indagini in tutto il mondo dalla scoperta del 1985 di C ₆₀ , buckminsterfullerene e altri, le molecole C60 non sferiche, note collettivamente come fullereni, hanno mantenuto i loro segreti. Come? Nascono in condizioni altamente energetiche e crescono ultravelocemente, rendendoli difficili da analizzare.

"La difficoltà con la formazione del fullerene è che il processo è letteralmente finito in un lampo - è quasi impossibile vedere come è stato eseguito il trucco magico della loro crescita, "ha detto Paul Dunk, uno studente di dottorato in chimica e biochimica presso lo stato della Florida e autore principale del lavoro.

Nello studio, pubblicato sulla rivista peer-reviewed Comunicazioni sulla natura , gli scienziati descrivono il loro approccio ingegnoso per testare come crescono i fullereni.

“Abbiamo iniziato con una pasta di molecole di fullerene preesistenti mescolate con carbonio ed elio, sparato con un laser, e invece di distruggere i fullereni fummo sorpresi di scoprire che erano effettivamente cresciuti, " hanno scritto. I fullereni erano in grado di assorbire e incorporare carbonio dal gas circostante.

Utilizzando fullereni che contenevano atomi di metalli pesanti nei loro centri, gli scienziati hanno dimostrato che le gabbie di carbonio sono rimaste chiuse durante tutto il processo.

“Se le gabbie crescessero spaccandosi, avremmo perso gli atomi di metallo, ma restavano sempre chiusi dentro, ” ha osservato Dunk.

I ricercatori hanno lavorato con un team di chimici MagLab utilizzando lo spettrometro di massa a risonanza ciclotrone ionica a trasformazione di Fourier da 9,4 tesla del laboratorio per analizzare le dozzine di specie molecolari prodotte quando hanno sparato la pasta di fullerene con il laser. Lo strumento funziona separando le molecole in base alle loro masse, consentendo ai ricercatori di identificare i tipi e il numero di atomi in ogni molecola. Il processo viene utilizzato per applicazioni diverse come l'identificazione di fuoriuscite di petrolio, biomarcatori e strutture proteiche.

I risultati della ricerca buckyball saranno importanti per comprendere la formazione del fullerene in ambienti extraterrestri. Recenti rapporti della NASA hanno mostrato che i cristalli di C ₆₀ sono in orbita attorno a soli lontani. Ciò suggerisce che i fullereni potrebbero essere più comuni nell'universo di quanto si pensasse in precedenza.

“I risultati del nostro studio saranno sicuramente estremamente preziosi per decifrare la formazione di fullereni in ambienti extraterrestri, ” ha detto Harry Kroto di Florida State, un premio Nobel per la scoperta di C ₆₀ e co-autore del presente studio.

I risultati forniscono anche informazioni fondamentali sull'autoassemblaggio di altri nanomateriali di carbonio tecnologicamente importanti come i nanotubi e il nuovo prodigio della famiglia del carbonio, grafene.