I fili di nanotubi si autoassemblano sotto l'influenza di un campo elettrico diretto dalla bobina di Tesla. Credito:Jeff Fitlow
Gli scienziati della Rice University hanno scoperto che il forte campo di forza emesso da una bobina di Tesla fa sì che i nanotubi di carbonio si autoassemblano in lunghi fili, un fenomeno che chiamano "Teslaforesi".
Il team guidato dal chimico della Rice Paul Cherukuri ha riportato i suoi risultati questa settimana in ACS Nano .
Cherukuri vede questa ricerca come un chiaro percorso verso l'assemblaggio scalabile di nanotubi dal basso verso l'alto.
Il sistema funziona facendo oscillare a distanza cariche positive e negative in ciascun nanotubo, facendoli incatenare insieme in lunghi fili. La bobina di Tesla appositamente progettata da Cherukuri genera persino un effetto simile a un raggio del trattore mentre i fili di nanotubi vengono tirati verso la bobina su lunghe distanze.
Questo effetto del campo di forza sulla materia non era mai stato osservato su così larga scala, Cherukuri ha detto, e il fenomeno era sconosciuto a Nikola Tesla, che ha inventato la bobina nel 1891 con l'intenzione di fornire energia elettrica senza fili.
"I campi elettrici sono stati usati per spostare piccoli oggetti, ma solo su distanze ultracorte, " Disse Cherukuri. "Con la Teslaforesi, abbiamo la capacità di aumentare enormemente i campi di forza per spostare la materia a distanza".
I ricercatori hanno scoperto che il fenomeno assembla e alimenta simultaneamente circuiti che raccolgono energia dal campo. In un esperimento, i nanotubi si sono assemblati in fili, formava un circuito che collegava due LED e poi assorbiva energia dal campo della bobina di Tesla per accenderli.
Cherukuri si rese conto che una bobina di Tesla ridisegnata poteva creare un potente campo di forza a distanze molto maggiori di quanto si potesse immaginare. Il suo team ha osservato l'allineamento e il movimento dei nanotubi a diversi metri di distanza dalla bobina. "È una cosa così sorprendente vedere questi nanotubi prendere vita e ricucirsi in fili dall'altra parte della stanza, " Egli ha detto.
I nanotubi sono stati un primo materiale di prova naturale, data la loro eredità a Rice, dove è stato inventato il processo di produzione HiPco. Ma i ricercatori prevedono che anche molti altri nanomateriali possano essere assemblati.
Lindsey Bornhoeft, l'autore principale del documento e uno studente laureato in ingegneria biomedica presso la Texas A&M University, ha detto che il campo di forza diretto dalla bobina da banco a Rice è limitato a pochi piedi. Esaminare gli effetti sulla materia a distanze maggiori richiederebbe sistemi più grandi che sono in fase di sviluppo. Cherukuri ha suggerito che superfici modellate e più sistemi di bobine di Tesla potrebbero creare circuiti autoassemblanti più complessi da particelle di dimensioni nanometriche.
Il chimico della Rice University Paul Cherukuri, sinistra, Lindsey Bornhoeft, studentessa laureata in Texas A&M, centro, e lo scienziato ricercatore di Rice Carter Kittrell mostrano il potere della Teslaforesi, che illumina in modalità wireless i loro tubi fluorescenti. I test con una bobina di Tesla personalizzata hanno rivelato che i nanotubi all'interno del campo si autoassemblano in fili. Credito:Jeff Fitlow
Cherukuri e sua moglie, Tonya, anche un allume di riso e coautore del documento, ha notato che il loro figlio Adam ha fatto alcune osservazioni notevoli mentre guardava i video dell'esperimento. "Sono rimasto sorpreso dal fatto che abbia notato modelli nei movimenti dei nanotubi che non ho visto, " Disse Cherukuri. "Non potevo fare di lui un autore sulla carta, ma sia lui che il suo fratellino John sono noti per le discussioni utili".
Cherukuri conosce il valore dell'osservazione giovanile – e dell'immaginazione – da quando ha iniziato a progettare bobine di Tesla da adolescente. "Non avrei mai pensato, come un ragazzino di 14 anni che costruiva bobine, che sarebbe stato utile un giorno, " Egli ha detto.
Cherukuri e il suo team hanno autofinanziato il lavoro, che ha detto lo ha reso più significativo per il gruppo. "Questo è stato uno dei progetti più entusiasmanti che abbia mai fatto, reso ancora di più perché era un gruppo di volontari appassionati di scienziati e studenti. Ma poiché il riso ha questa meravigliosa cultura di saggezza non convenzionale, siamo stati in grado di fare una scoperta straordinaria che spinge le frontiere della nanoscienza".
Gli assemblaggi di nanotubi sono attratti dalla sorgente di un campo di Tesla in un esperimento in un laboratorio di Rice. Credito:Jeff Fitlow
I compagni di squadra non vedono l'ora di vedere dove porterà la loro ricerca. "Questi fili di nanotubi crescono e agiscono come nervi, e l'assemblaggio controllato di nanomateriali dal basso verso l'alto può essere utilizzato come modello per applicazioni nella medicina rigenerativa, "Ha detto Bornhoeft.
"Ci sono così tante applicazioni in cui si potrebbero utilizzare forti campi di forza per controllare il comportamento della materia sia nei sistemi biologici che in quelli artificiali, " Ha detto Cherukuri. "E ancora più eccitante è quanta fisica e chimica fondamentali stiamo scoprendo mentre andiamo avanti. Questo è davvero solo il primo atto di una storia incredibile".
I coautori sono Aida Castillo senior di Rice; Gli scienziati della ricerca sul riso Carter Kittrell, Dustin James e Bruce Brinson; Riso Distinguished Fellow Facoltà Bruce Johnson; Thomas Rybolt, capo del dipartimento di chimica e professore della Fondazione UC presso l'Università del Tennessee-Chattanooga; e Preston Smalley della Second Baptist School di Houston, che ha lavorato al progetto come stagista estivo alla Rice. Cherukuri e Bornhoeft hanno iniziato il progetto mentre entrambi erano all'Università del Tennessee-Chattanooga.
