Un microscopio nel NanoScience Lab dell'Università di Melbourne. Credito:Gavan Mitchell e Michelle Gough, Università di Melbourne
I nanotubi di carbonio sono uno dei segreti meglio custoditi della scienza.
Questi minuscoli materiali artificiali vantano proprietà straordinarie:sono il materiale più scuro che gli esseri umani possano creare, assorbono la luce così bene da poter produrre energia termica e sono in grado di imitare la natura per aiutare il corpo a combattere i batteri.
I ricercatori in Australia e Cina hanno trovato un modo più economico e semplice per organizzare grandi gruppi di nanotubi di carbonio, aprendo potenzialmente molte nuove strade per il loro utilizzo da parte di più scienziati in tutto il mondo.
I nanotubi di carbonio vengono solitamente coltivati sulla superficie di un materiale utilizzando un processo chimico che coinvolge una fonte di carbonio e catalizzatori metallici su scala nanometrica, come ferro, nichel e cobalto.
Un plasma a scarica luminosa viene utilizzato per far crescere i nanotubi verticalmente e in modo indipendente per formare una foresta nanoscopica.
I modelli di nanotubi predefiniti richiedono un modello di catalizzatore. Spesso, la creazione di tali modelli comporta un processo costoso e complicato chiamato litografia.
La litografia è giustificabile in settori altamente sofisticati come la microelettronica, ma sono necessarie alternative più convenienti per applicazioni su larga scala e a bassa tecnologia.
Ora, gli scienziati hanno dimostrato un'alternativa per assemblare e allineare potenti raccolte di nanotubi di carbonio senza la necessità di litografia.
Il team ha sede nella South China Normal University, nell'ARC Center of Excellence in Exciton Science e nel Doherty Institute dell'Università di Melbourne. La loro ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nanotechnology.
Il Dr. Eser Akinoglu ha dichiarato:"Vogliamo utilizzare i nanotubi di carbonio per rivestire impianti medici e imitare le proprietà antibatteriche delle ali degli insetti, per avere una struttura meccanica in grado di uccidere i batteri e, si spera, allo stesso tempo promuovere la crescita delle cellule ossee ( osteoblasti).
"L'idea principale è imitare le strutture sulle ali degli insetti che uccidono i batteri attraverso un'azione meccanica, senza l'utilizzo di sostanze chimiche antibiotiche".
I ricercatori hanno fatto affidamento su un processo di "dewetting" per organizzare le particelle di catalizzatore di nichel in un modo particolare. Il dewetting è quando un fluido, in questo caso un metallo fuso, viene ritirato da una superficie.
Le isole metalliche si formano quindi quando il calore viene applicato a una sottile pellicola metallica su uno strato di nanosfere di silice, che funge da modello per creare una disposizione esatta delle isole di nichel su scala nanometrica.
Il diametro delle particelle di silice determina il "passo" della disposizione esagonale dei nanotubi, mentre lo spessore del film metallico influenza la larghezza delle isole di nichel, che a sua volta determina la larghezza degli eventuali nanotubi di carbonio.
Infine, la lunghezza dei nanotubi è semplicemente decisa da quanto tempo possono crescere.
Adottando questo approccio, tutti i parametri geometrici dei nanotubi possono essere scelti senza la necessità di costose litografia.
"Normalmente dovresti usare la litografia per creare un modello", ha detto Eser.
"Questo potrebbe essere con luce, raggi X o fasci di elettroni. Quello che facciamo qui elimina la necessità di tutto ciò. È un modo molto più semplice per far crescere questi nanotubi di carbonio secondo schemi periodici e predefiniti. È la prima volta che si formano periodici array di carbonio i nanotubi sono stati coltivati senza un passaggio litografico."
I nanotubi di carbonio risultanti respingono l'acqua e assomigliano a strutture simili che si trovano in natura, il che significa che potrebbero aiutare a creare dispositivi biomimetici, strumenti che risolvono problemi complessi imitando cose che si trovano nel mondo naturale.
Solo un esempio è l '"effetto loto", in cui la capacità di una pianta di autopulirsi è determinata dalle nanostrutture all'interno delle sue foglie.
I ricercatori cercheranno ora di scoprire se gli array di nanotubi di carbonio possono effettivamente uccidere i batteri che minacciano gli impianti medici. + Esplora ulteriormente
