Il carbonio non è solo l'elemento più importante per la vita, ha anche proprietà affascinanti di per sé. Il grafene, un foglio di carbonio puro spesso solo un atomo, è uno dei materiali più resistenti. Rotoli il grafene in un cilindro e ottieni nanotubi di carbonio (CNT), la chiave di molte tecnologie emergenti.
Ora, in uno studio riportato in Comunicazioni chimiche , i ricercatori dell'Università giapponese di Kyushu hanno imparato a controllare la fluorescenza dei CNT, potenzialmente consentendo nuove applicazioni.
I CNT sono naturalmente fluorescenti:se posti sotto la luce, rispondono rilasciando luce propria, un processo chiamato fotoluminescenza. La lunghezza d'onda (colore) della fluorescenza dipende dalla struttura dei tubi, come l'angolo con cui vengono arrotolati. I CNT fluorescenti sono stati studiati per l'uso nell'illuminazione a LED e nell'imaging medico.
Il team di Kyushu mirava a ottenere un controllo più preciso sulla lunghezza d'onda di emissione. "La fluorescenza si verifica quando gli elettroni usano l'energia della luce per saltare in orbitali più alti attorno agli atomi, " spiegano gli autori principali. " Essi affondano di nuovo in un orbitale inferiore, quindi rilasciare l'energia in eccesso sotto forma di luce. La lunghezza d'onda della luce emessa differisce dalla luce in ingresso, a seconda dell'energia dell'orbitale emittente." Sebbene la fluorescenza sia spesso associata a materiali gialli, la fluorescenza di questi CNT è infrarossa, invisibile agli occhi ma rilevabile dai sensori.
I ricercatori hanno usato la chimica per legare le molecole organiche, esagoni di atomi di carbonio, ai CNT. Questo ha spinto gli orbitali su o giù, sintonizzando così la fluorescenza. Uno dei sei atomi di ogni esagono era legato a un CNT, ancoraggio della molecola al tubo. Un altro era legato a un ulteriore gruppo di atomi (un sostituente). A causa della forma esagonale, i due atomi di carbonio legati potrebbero essere adiacenti (indicati con "o"), o separati da un carbonio ("m"), o per due ("p"). La maggior parte degli studi usa la disposizione "p", dove il sostituente punta lontano dal CNT, ma il team di Kyushu li ha confrontati tutti e tre.
Il modello "o" ha prodotto una fluorescenza molto diversa da "m" e "p", invece di una lunghezza d'onda infrarossa, i CNT ora ne emettevano due. Ciò derivava dalla distorsione dei tubi da parte dei sostituenti, che sono stati schiacciati contro le pareti del tubo. Nel frattempo, per le disposizioni "m" e "p", le energie dipendevano da quali elementi si trovavano nel sostituente. Per esempio, L'NO2 ha prodotto spazi più grandi tra gli orbitali rispetto al bromo. Questa non è stata una sorpresa, poiché NO2 è migliore nell'attrarre gli elettroni, creando un campo elettrico (dipolo). Però, la dimensione dell'effetto differiva tra "m" e "p".
"La variazione delle energie orbitali con diversi sostituenti ci dà un controllo preciso della lunghezza d'onda di emissione dei CNT su un ampio intervallo, " affermano gli autori. "Il risultato più importante è capire come i dipoli influenzano la fluorescenza, così possiamo progettare razionalmente i CNT con le lunghezze d'onda molto precise necessarie ai dispositivi biomedici. Questo potrebbe essere molto importante per lo sviluppo del bioimaging nel prossimo futuro".
L'articolo, "Modulazione della fotoluminescenza nel vicino infrarosso mediante la progettazione del sito del difetto utilizzando isomeri arilici in nanotubi di carbonio a parete singola funzionalizzati localmente, " è stato pubblicato in Comunicazioni chimiche .
