(Phys.org) —I nanomateriali a base di carbonio hanno proprietà uniche che li rendono utili per molte applicazioni tecniche, compresa la costruzione leggera, elettronica, generazione di energia, tecnologia ambientale, e medicina. Nel diario Angewandte Chemie , un team internazionale di ricercatori ha ora introdotto un nuovo processo per la produzione di nanofili di carbonio particolarmente fini dal carbonio nella configurazione del diamante. In questo processo, molecole con una struttura simile al diamante sono collegate tra loro all'interno di un nanotubo di carbonio.
Il carbonio si presenta in diverse configurazioni. La grafite e il diamante sono noti da tempo. Mentre la grafite è composta da due dimensioni, fogli di carbonio a nido d'ape, i diamanti sono tridimensionali, strutture a gabbia costituite da anelli a sei atomi di carbonio raggrinziti. Sono state scoperte anche una varietà di nuove nanoconfigurazioni:fullereni, nanotubi di carbonio, grafene (monostrati di grafite), nanodiamanti, e diamanti. I diamantini sono in realtà molecole di cicloalcani con uno scheletro di carbonio configurato in "gabbie", come il diamante. Possono essere visti come diamanti in miniatura con atomi di idrogeno legati alle loro superfici esterne.
I nanofili sono necessari per molte applicazioni su nanoscala. Sono stati prodotti vari tipi di nanofili, compresi alcuni con diametri che vanno da circa 50 a 100 nm, in carbonio nella configurazione a diamante. Un team di ricercatori dal Giappone, Cina, Germania, e gli Stati Uniti volevano ridurre ulteriormente le dimensioni dei nanofili nella gamma dei sub-nanometri. Tali fili minuscoli potrebbero essere utili nelle punte dei microscopi a scansione a effetto tunnel, che sono dispositivi che possono essere utilizzati per scansionare la topologia di una superficie per produrre immagini ad altissima risoluzione.
I ricercatori guidati da Hisanori Shinohara dell'Università di Nagoya (Giappone) hanno avuto l'idea di fondere i diamondoidi in forme più lunghe, fili superfini. Per fare questo lavoro hanno dovuto ricorrere a un trucco:"stampi" di nanotubi di carbonio. Per il loro materiale di partenza, gli scienziati hanno scelto il diadamantano, un diamante composto da due gabbie simili a diamanti. Hanno attaccato un gruppo di acido carbonico a ciascuna estremità di queste molecole. Le molecole vengono trasferite alla fase gassosa per la procedura di sintesi. Vengono risucchiati nei minuscoli nanotubi di carbonio per azione capillare. I migliori stampi per nanotubi sono risultati essere quelli con un diametro interno di circa 1,3 nm. All'interno dei nanotubi, i diamanti si allineano come un filo di perle. Riscaldandoli a circa 600°C sotto un'atomosfera di idrogeno si provoca una reazione di polimerizzazione/fusione in cui le singole molecole diamantate si legano attraverso i loro gruppi di acido carbonico per formare un lungo "filo" con un diametro di circa 0,78 nm. La struttura a gabbia è mantenuta.
Utilizzando calcoli teorici e varie tecniche analitiche, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che il carbonio nei fili è effettivamente in una struttura simile al diamante.
Attualmente, gli scienziati stanno elaborando una tecnica di estrazione ad ultrasuoni per rilasciare i nanofili dai nanotubi di carbonio circostanti.
