Un modo semplice per trasformare i nanotubi di carbonio in preziosi nanonastri di grafene potrebbe essere quello di macinarli, secondo una ricerca condotta dalla Rice University.

Il trucco, ha detto lo scienziato dei materiali di riso Pulickel Ajayan, consiste nel mescolare due tipi di nanotubi chimicamente modificati. Quando entrano in contatto durante la molatura, reagiscono e si aprono, un processo che fino ad ora è dipeso in gran parte dalle reazioni in soluzioni chimiche aggressive.

La ricerca di Ajayan e dei suoi collaboratori internazionali compare in Comunicazioni sulla natura .

Per essere chiari, Ajayan ha detto, il nuovo processo è ancora una reazione chimica che dipende da molecole appositamente attaccate ai nanotubi, un processo chiamato funzionalizzazione. La parte più interessante per i ricercatori è che un processo semplice come la macinazione potrebbe fornire un forte accoppiamento chimico tra nanostrutture solide e produrre nuove forme di prodotti nanostrutturati con proprietà specifiche.

"Le reazioni chimiche possono essere facilmente eseguite in soluzioni, ma questo lavoro è interamente allo stato solido, " ha detto. "La nostra domanda è questa:se possiamo usare i nanotubi come modelli, funzionalizzarli e ottenere reazioni nelle giuste condizioni, che tipo di cose possiamo fare con un gran numero di possibili nanostrutture e gruppi funzionali chimici?"

Il processo dovrebbe consentire molte nuove reazioni chimiche e prodotti, disse Mohamad Kabbani, uno studente laureato alla Rice e autore principale dell'articolo. "L'utilizzo di diverse funzionalità in diversi sistemi su nanoscala potrebbe rivoluzionare lo sviluppo dei nanomateriali, " Egli ha detto.

Nanoribboni di grafene altamente conduttivi, migliaia di volte più piccolo di un capello umano, stanno trovando la loro strada nel mercato dei materiali compositi. I nanonastri aumentano le proprietà elettroniche e/o la forza dei materiali.

"Controllare tali strutture mediante trasformazione meccano-chimica sarà la chiave per trovare nuove applicazioni, " ha detto il co-autore Thalappil Pradeep, un professore di chimica presso l'Indian Institute of Technology di Chennai. "Una chimica morbida di questo tipo può verificarsi in molte condizioni, contribuendo a una migliore comprensione della lavorazione dei materiali."

Nei loro test, i ricercatori hanno preparato due lotti di nanotubi di carbonio a parete multipla, uno con gruppi carbossilici e l'altro con gruppi ossidrilici attaccati. Quando si macinano insieme per un massimo di 20 minuti con un mortaio e un pestello, gli additivi chimici hanno reagito tra loro, innescando i nanotubi per decomprimersi in nanonastri, con acqua come sottoprodotto.

"Questa osservazione fortuita porterà a ulteriori studi sistematici sulle reazioni dei nanotubi allo stato solido, compresi modelli teorici ab-initio e simulazioni, " ha detto Ajayan. "Questo è eccitante."

Gli esperimenti sono stati duplicati dai laboratori partecipanti di Rice, all'Indian Institute of Technology e alla Lebanese American University di Beirut. Sono stati eseguiti in condizioni di laboratorio standard e sotto vuoto, all'aperto all'aria aperta e ad umidità variabile, temperature, tempi e stagioni.

I ricercatori che hanno svolto la collaborazione in tre continenti non sanno ancora con precisione cosa sta succedendo su scala nanometrica. "È una reazione esotermica, quindi l'energia è sufficiente per spezzare i nanotubi in nastri, ma i dettagli delle dinamiche sono difficili da monitorare, "Kabbani ha detto. "Non c'è modo che possiamo macinare due nanotubi in un microscopio e guardarlo accadere. Non ancora, comunque."

Ma i risultati parlano da soli.

"Non so perché le persone non abbiano esplorato questa idea, che puoi controllare le reazioni supportando i reagenti su nanostrutture, " ha detto Ajayan. "Quello che abbiamo fatto è molto grezzo, ma è un inizio e molto lavoro può seguire in questa direzione".