(Phys.org) — La strategia furba di un laboratorio della Rice University trasforma i nanotubi di carbonio caricati negativamente in cristalli liquidi che potrebbero migliorare la creazione di fibre e pellicole.

L'ultimo passo verso la produzione di macromateriali da nanotubi microscopici dipende da eteri corona simili a gabbie che catturano cationi di potassio. I nanotubi di carbonio caricati negativamente si associano ai cationi di potassio per mantenere la loro neutralità elettrica. In effetti, gli eteri aiutano a rimuovere questi cationi dalla superficie dei nanotubi, risultando in una carica netta che aiuta a controbilanciare l'attrazione elettrica di van der Waals che normalmente trasforma i nanotubi di carbonio in un ammasso inutilizzabile.

Il processo del chimico del riso Angel Martí, i suoi studenti e colleghi è stato rivelato nella rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

I nanotubi di carbonio sono stati a lungo considerati una potenziale base per ultrastrong, fibre altamente conduttive – premessa confermata in un recente lavoro del professore di Rice e coautore Matteo Pasquali – e la loro preparazione è dipeso dall'uso di un "superacido, "acido clorosolfonico, che conferisce ai nanotubi una carica positiva e li fa respingere l'un l'altro in una soluzione.

Martí e i primi autori Chengmin Jiang e Avishek Saha, entrambi studenti laureati alla Rice, deciso di guardare alla produzione di soluzioni di nanotubi da un'altra angolazione. "Abbiamo visto in letteratura che c'era un modo per fare il contrario e dare alla superficie dei nanotubi cariche negative, " ha detto Martí. Si trattava di infondere nanotubi di carbonio a parete singola con metalli alcalini, in questo caso, potassio, e trasformandoli in una specie di sale noto come polielettrolita. Mescolandoli in un solvente organico, dimetilsolfossido (DMSO), ha costretto i nanotubi caricati negativamente a rilasciare alcuni ioni di potassio e a respingersi a vicenda, ma in concentrazioni troppo basse per l'estrusione in fibre e film.

Ciò ha richiesto l'aggiunta di molecole di etere note come 18-corona-6 per le loro disposizioni atomiche a forma di corona. Le corone hanno un particolare appetito per il potassio; strappano gli ioni rimanenti dalle pareti dei nanotubi e li sequestrano. Le qualità repulsive dei tubi diventano maggiori e consentono più nanotubi in una soluzione prima che van der Waals li costringa a coagulare.

Alla massa critica, i nanotubi sospesi in soluzione fuoriescono dallo spazio e formano un cristallo liquido, disse Martì. "Si allineano quando sono così affollati nella soluzione da non potersi avvicinare di più in uno stato allineato in modo casuale, " ha detto. "Le repulsioni elettrostatiche impediscono alle interazioni di van der Waals di prendere il sopravvento, quindi i nanotubi non hanno altra scelta che allinearsi, formando cristalli liquidi."

I nanotubi cristallini liquidi sono essenziali per la produzione di fibra conduttiva, come la fibra ottenuta con le sospensioni superacide. Ma Martí ha detto che andare in negativo significa che i nanotubi possono essere funzionalizzati più facilmente, cioè, chimicamente alterato per usi specifici.

"Le cariche negative sulla superficie dei nanotubi consentono reazioni chimiche che non si possono fare con i superacidi, " Martí ha detto. "Puoi, Per esempio, essere in grado di funzionalizzare la superficie dei nanotubi di carbonio mentre si produce la fibra. Potresti essere in grado di reticolare i nanotubi per creare una fibra più forte durante l'estrusione.

"Sentiamo di portare un nuovo attore nel campo della nanotecnologia del carbonio, soprattutto per la realizzazione di materiali macroscopici, " Egli ha detto.