Un team interdisciplinare di ricercatori guidato dalla Northeastern University ha sviluppato un nuovo metodo per costruire in modo controllabile giunzioni tra nanotubi precise e una varietà di strutture di nanocarbonio in array di nanotubi di carbonio. Il metodo, dicono i ricercatori, è facile e facilmente scalabile, che consentirà loro di adattare le proprietà fisiche delle reti di nanotubi per l'uso in applicazioni che vanno dai dispositivi elettronici ai materiali compositi rinforzati con CNT che si trovano in qualsiasi cosa, dalle automobili alle attrezzature sportive.

I loro risultati sono stati pubblicati lunedì sulla rivista Comunicazioni sulla natura . Il documento, intitolato "Scolpire i legami di carbonio per la trasformazione allotropica attraverso la reingegnerizzazione dello stato solido del carbonio -sp2", è stato co-autore di postdoc, studenti, e i principali ricercatori CNT della Northeastern University, il Massachusetts Institute of Technology, e il Korea Advanced Institute of Science and Technology, la cui competenza spazia dalla fisica e dall'ingegneria meccanica alla scienza dei materiali e all'ingegneria elettrica.

L'architetto principale del nuovo metodo del team per riprogettare i legami di carbonio è stato Hyunyoung Jung, l'autore principale del documento e un borsista post-dottorato nel laboratorio del co-autore Yung Joon Jung, un esperto di nano-produzione e un professore associato di ingegneria meccanica e industriale.

Hyunyoung ha scoperto che l'applicazione controllata, impulsi di tensione alternata attraverso reti di nanotubi di carbonio a parete singola li hanno trasformati in CNT a parete singola di diametro maggiore; CNT multiparete di diverse morfologie; o nanostrisce di grafene multistrato.

Il nuovo metodo di ricostruzione, a differenza dei precedenti tentativi di fondere i nanotubi, evita prodotti chimici aggressivi e temperature estremamente elevate, rendendo la tecnica di ingegneria a stato solido eminentemente favorevole alla scalabilità. Cosa c'è di più, il nuovo metodo produce giunzioni molecolari le cui conduttività elettrica e termica sono di gran lunga superiori rispetto alla rete CNT assemblata senza giunzioni.

Le loro robuste proprietà fisiche, dicono i ricercatori, rendono queste giunzioni tra nanotubi perfette per rinforzare materiali compositi che richiedono tenacità meccanica, comprese le racchette da tennis, mazze da golf, macchine, e anche aeroplani, dove vengono attualmente utilizzate le fibre di carbonio. "L'utilizzo di questi materiali per i componenti meccanici potrebbe alleggerire le auto o altre strutture meccaniche senza sacrificare la resistenza, " ha spiegato Yung Joon.

I ricercatori hanno descritto l'utilità del loro lavoro innovativo attraverso l'uso di una metafora in cui i nanotubi di carbonio sono mattoni per la costruzione di pareti. Modella un muro impilando singoli mattoni uno sopra l'altro, loro hanno detto, e guarda il muro crollare. Ma costruisci un muro mettendo cemento tra i mattoni e ammira la forza indomabile del più grande, unità singola.

"Abbiamo riempito le lacune con il cemento, " ha detto il co-autore Swastik Kar, un assistente professore di fisica alla Northeastern, in armonia con la metafora. "Abbiamo iniziato con nanotubi di carbonio a parete singola, " Ha aggiunto, "e poi ha usato questo metodo pionieristico per riunirli".

Oltre a Kar, Hyunyoung, e Yung Joon, i coautori nordorientali del giornale comprendevano Younglae ​​Kim, un ex laureando, e Sanghyung Hong, un dottorando nel laboratorio di Yung Joon Jung. "Il professor Kar e i nostri gruppi hanno avuto una collaborazione molto forte per molti anni, " Yung Joon ha detto. "Questa ricerca riunisce esperti di diverse discipline non solo per produrre un documento ad alto impatto, ma anche per generare proprietà intellettuale".