In un grande esempio di "less is more, Gli scienziati della Rice University hanno sviluppato un potente metodo per analizzare i nanotubi di carbonio in soluzione.

La tecnica di spettroscopia della varianza dei ricercatori ingrandisce piccole regioni in soluzioni diluite di nanotubi per scattare istantanee spettrali rapide. Analizzando la composizione dei nanotubi in ogni istantanea e confrontando le somiglianze e le differenze su alcune migliaia di istantanee, i ricercatori ottengono nuove informazioni sui tipi, numeri e proprietà delle nanoparticelle nella soluzione.

Il processo è dettagliato in un documento ad accesso aperto dell'American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry Letters questo mese.

Il chimico del riso Bruce Weisman, un pioniere nel campo della spettroscopia che ha guidato la scoperta e l'interpretazione della fluorescenza nel vicino infrarosso da nanotubi di carbonio semiconduttori, si aspetta che la spettroscopia della varianza diventi uno strumento prezioso per i ricercatori che studiano i materiali su nanoscala.

I nanotubi di carbonio sono cilindri cavi di carbonio puro che vengono tipicamente coltivati ​​in una fornace. Esistono dozzine di diversi tipi di nanotubi e le proprietà fisiche e gli usi potenziali variano per ciascun tipo. Non esiste ancora un modo pratico per coltivare un solo tipo, quindi spesso devono essere smistati con mezzi fisici o chimici. Weisman ha affermato che la spettroscopia della varianza potrebbe aiutare a caratterizzare i campioni di nanotubi nel tentativo in corso di ordinare e separare tipi specifici per applicazioni elettroniche e ottiche.

Il laboratorio Weisman ha testato il suo impianto personalizzato su campioni dispersi di nanotubi di carbonio a parete singola coltivati ​​a Rice. I ricercatori hanno catturato spettri di fluorescenza da alcune migliaia di piccole regioni distinte. Le variazioni statistiche tra questi spettri hanno rivelato il numero di nanotubi di diversi tipi e l'intensità con cui ciascun tipo emette luce. Ulteriori analisi dei dati hanno fornito spettri "sezionati" di ciascun tipo, privo di interferenze da parte di altri nel campione misto.

"Poiché concentriamo la nostra attenzione su volumi sempre più piccoli del campione, la media, il comportamento uniforme che vedi sulla scala macroscopica inizia a sfaldarsi, e vediamo gli effetti dalla natura particellare della materia, " Egli ha detto.

"A quel punto, ci sono fluttuazioni casuali nel numero di particelle all'interno del volume osservato. Quello che stiamo facendo è analizzare le fluttuazioni casuali risultanti negli spettri per sapere quante particelle di ciascun tipo sono presenti e se sono aggregate tra loro.

"Un'analogia potrebbe essere guardare i tifosi in uno stadio di calcio che indossano i colori delle loro squadre, " disse Weisman. "Se ti metti in disparte e guardi tutta la folla, tutto quello che puoi capire è il rapporto complessivo tra i fan di Rice e i fan del Texas. Ma se ingrandisci e analizzi riga per riga, vedrai gruppi di fan di Rice e gruppi di fan del Texas e imparerai come ogni gruppo si aggrega insieme. Questo ti dà ulteriori informazioni sulla folla che non potresti mai ottenere dalla grande vista.

"È simile ai nanotubi, " ha detto. "Osserviamo un campione che ha una varietà di strutture e impariamo di più sulle proprietà dei singoli componenti. È una dissezione spettroscopica di una miscela complessa per ottenere informazioni che sarebbero molto più difficili da ottenere con qualsiasi altro metodo".

Weisman ha affermato che la tecnica aiuta anche a contrastare la fastidiosa tendenza dei nanotubi ad aggregarsi. "Quando stai cercando di usare un metodo di separazione per sistemarli, non puoi farlo in modo efficace se sono bloccati insieme, " ha detto Weisman. "Se vuoi il tipo A e sono bloccati sul tipo B, allora stai sprecando il tuo sforzo di separazione. Ma la spettroscopia della varianza fornisce un modo molto sensibile per stabilire se particelle di tipo diverso viaggiano effettivamente insieme".

Weisman prevede che la spettroscopia della varianza possa essere estesa per analizzare molti materiali su scala nanometrica, come nanoparticelle d'oro e punti quantici, utilizzando diverse sonde spettroscopiche. "Quando produci nanomateriali, c'è generalmente qualche variazione nelle dimensioni delle particelle che dà una variazione corrispondente nelle proprietà spettrali, " ha detto. "Il nostro metodo di varianza può essere utilizzato con tali sistemi per dare un'occhiata all'interno".