(Phys.org) — L'idea stessa di fibre fatte di nanotubi di carbonio è chiara, ma gli scienziati della Rice University li stanno rendendo puliti, letteralmente.

I nanotubi di carbonio a parete singola in nuove fibre creati alla Rice si allineano come un pugno di spaghetti crudi attraverso un processo progettato dal chimico Angel Martí e dai suoi colleghi.

La parte difficile, secondo Martì, il cui laboratorio ha riportato i suoi risultati questo mese sulla rivista ACS Nano , sta tenendo separati i nanotubi densamente imballati prima che vengano uniti in una fibra.

Lasciati a se stessi, i nanotubi di carbonio formano grumi che sono perfettamente sbagliati per trasformarsi in un tipo di forte, fibre conduttive necessarie per progetti che vanno dall'elettronica su nanoscala alle reti elettriche su scala macro.

Ricerche precedenti alla Rice del chimico e ingegnere chimico Matteo Pasquali, un coautore del nuovo documento, ha utilizzato un processo di dissoluzione acida per mantenere separati i nanotubi fino a quando non potevano essere filati in fibre. Ora Martì, Pasquali e i suoi colleghi stanno producendo fibre "ordinate" con lo stesso processo meccanico, ma iniziano con un diverso tipo di materia prima.

"Il gruppo di Matteo ha usato l'acido clorosolfonico per protonare la superficie dei nanotubi, " Martí ha detto. "Questo darebbe loro una superficie caricata positivamente in modo che si respingano l'un l'altro in soluzione. La tecnica che usiamo è esattamente l'opposto".

Un processo rivelato lo scorso anno da Martí e dagli autori principali Chengmin Jiang, uno studente laureato, e Avishek Saha, un alunno di riso, inizia con la carica negativa dei nanotubi di carbonio infondendo loro potassio, un metallo, e trasformandoli in una specie di sale noto come polielettrolita. Quindi impiegano eteri corona simili a gabbie per catturare gli ioni di potassio che altrimenti smorzerebbero la capacità dei nanotubi di respingersi l'un l'altro.

Metti abbastanza nanotubi in una tale soluzione e sono intrappolati tra le forze repellenti e l'incapacità di muoversi in un ambiente affollato, disse Martì. Sono costretti ad allinearsi, una proprietà distintiva dei cristalli liquidi, e questo li rende più gestibili.

I tubi vengono infine forzati insieme in fibre quando vengono estrusi attraverso la punta di un ago. A quel punto, la forte forza di van der Waals prende il sopravvento e lega strettamente insieme i nanotubi, disse Martì.

Ma per realizzare materiali macroscopici, il team di Martí aveva bisogno di inserire molti più nanotubi nella soluzione rispetto agli esperimenti precedenti. "Quando inizi ad aumentare la concentrazione, il numero di nanotubi nella fase liquido cristallina diventa più abbondante di quelli nella fase isotropa (disordinata), ed è proprio quello di cui avevamo bisogno, " disse Martì.

I ricercatori hanno scoperto che 40 milligrammi di nanotubi per millilitro davano loro un gel denso dopo aver mescolato ad alta velocità e aver filtrato i grossi grumi rimasti. "È come una centrifuga insieme a un tamburo rotante, " Martí ha detto dell'ingranaggio di miscelazione. "Produce forze non convenzionali nella soluzione".

L'alimentazione di questo denso gel di nanotubi attraverso una stretta apertura aghiforme ha prodotto una fibra continua sull'attrezzatura del laboratorio Pasquali. Anche la resistenza e la rigidità delle fibre nette si avvicinavano a quelle delle fibre precedentemente prodotte con il processo a base acida di Pasquali. "Non abbiamo apportato alcuna modifica al suo sistema e ha funzionato perfettamente, " disse Martì.

Le fibre della larghezza dei capelli possono essere tessute in cavi più spessi, e il team sta studiando modi per migliorare le loro proprietà elettriche drogando i nanotubi con ioduro. "La ricerca è sostanzialmente analoga a quanto fa Matteo, " Martí ha detto. "Abbiamo usato i suoi strumenti ma abbiamo dato al processo una svolta con una preparazione diversa, quindi ora siamo i primi a produrre fibre pulite di elettroliti di nanotubi di carbonio puro. È molto bello."

Pasquali ha detto che il sistema di filatura ha funzionato con poca necessità di adattamento perché l'impianto è sigillato. "La soluzione elettrolitica di nanotubi potrebbe essere protetta da ossigeno e acqua, che avrebbe causato la precipitazione dei nanotubi, " Egli ha detto.

"Si scopre che questo non è uno spettacolo, perché vogliamo che i nanotubi precipitino e si attacchino l'uno all'altro non appena escono dal sistema sigillato attraverso l'ago. Il processo non era difficile da controllare, adattare e ampliare una volta che abbiamo capito la scienza di base."