Un ricercatore dell'Università del Wyoming e il suo team hanno dimostrato, per la prima volta, la capacità di allineare globalmente i nanotubi di carbonio a parete singola lungo un asse comune. Questa scoperta può essere preziosa in molte aree della tecnologia, come l'elettronica, ottica, materiali compositi, nanotecnologie e altre applicazioni della scienza dei materiali.

"A differenza dei precedenti tentativi di allineare i nanotubi utilizzando la filtrazione della soluzione di nanotubi, abbiamo creato un sistema automatizzato in grado di creare più film allineati contemporaneamente, "dice William Rice, un assistente professore nel Dipartimento di Fisica e Astronomia della UW. "L'automazione del sistema di filtrazione ha anche avuto l'effetto di poter controllare con precisione la portata di filtrazione, che ha prodotto un allineamento più elevato."

Rice era l'autore corrispondente di un articolo, intitolato "Allineamento globale di soluzioni basate su, Film di nanotubi di carbonio a parete singola tramite filtrazione controllata dalla visione artificiale, " che è stato pubblicato il 9 ottobre nella versione stampata di Nano lettere , una rivista internazionale che riferisce sulla ricerca fondamentale e applicata in tutti i rami della nanoscienza e della nanotecnologia. Una versione online del giornale è apparsa il mese scorso.

Giosuè Walker, un dottorato di fisica del terzo anno. studente di Cheyenne, era l'autore principale del giornale. Valerie Kuehl, un dottorato di ricerca del terzo anno studente di chimica di Beulah, col., è stato un collaboratore dell'articolo.

I nanotubi di carbonio a parete singola sono cristalli unidimensionali formati avvolgendo un singolo strato di grafite, spesso chiamato grafene, in un cilindro nanoscopico. Hanno un diametro compreso tra 0,5 e 1,5 nanometri e vanno da 200 a 10, 000 nanometri di lunghezza. Un nanometro è un miliardesimo di metro.

A causa di questa geometria unica, i nanotubi di carbonio possono essere metalli o semiconduttori, a seconda di come è avvolto il grafene, Riso spiega. I nanotubi di carbonio possono esibire una notevole conduttività elettrica, e possiedono un'eccezionale resistenza alla trazione e conducibilità termica.

"I nanotubi di carbonio allineati hanno il potenziale per agire come eccellenti polarizzatori ottici, che sono importanti per determinare otticamente la deformazione nei materiali. Per esempio, se guardi il tuo parabrezza con gli occhiali polarizzati, puoi vedere aree di diversa deformazione nel vetro, "Rice dice. "Il lavoro recente di altri gruppi suggerisce anche che i nanotubi allineati possono essere usati come transistor, emettitori di luce polarizzata e dissipatori di calore direzionali. La speranza è che una nuova generazione di elettronica interamente in carbonio possa essere inaugurata con l'uso di nanotubi di carbonio, grafene e posti vacanti nei diamanti."

Nell'ultima decade, sono stati compiuti progressi sostanziali nel controllo chimico dei nanotubi di carbonio a parete singola. Rice e il suo team hanno utilizzato l'automazione e la parallelizzazione della visione artificiale per produrre simultaneamente, nanotubi di carbonio a parete singola mediante filtrazione guidata dalla pressione. Il controllo del feedback consente la filtrazione con una portata costante che non solo migliora l'ordinamento nematico dei nanotubi di carbonio a parete singola, ma fornisce anche la capacità di allineare un'ampia gamma di tipi di nanotubi di carbonio a parete singola e su una varietà di membrane nanoporose utilizzando gli stessi parametri di filtrazione.

Inoltre, Rice afferma che il suo team di ricerca ha appiattito il menisco della soluzione di nanotubi nell'imbuto di vetro utilizzando un processo di trattamento chiamato silanizzazione. Ciò ha impedito che i nanotubi venissero rimescolati da un fronte di soluzione irregolare mentre i nanotubi venivano filtrati. Questi due progressi producono film di nanotubi che mostrano un eccellente allineamento su tutta la struttura, che è stato misurato utilizzando una varietà di tecniche ottiche polarizzate.

"I nanotubi di carbonio sono un sistema materiale significativo a causa delle loro impressionanti proprietà fisiche, come una conduttività termica estremamente elevata; un modulo di Young molto maggiore dell'acciaio; capacità di portare corrente mille volte quella del rame; e ottimo accoppiamento luce-materia, " lui dice.

Il modulo di Young è il rapporto tra la sollecitazione (forza per unità di area) e la deformazione (variazione percentuale nelle dimensioni fisiche) in un materiale, Riso dice. plastica, gomma e legno hanno moduli di Young bassi, mentre l'acciaio, diamante e nanotubi hanno moduli di Young elevati.