Samoorganizujące struktury nanorurek węglowych

jezowiec

Naukowcy z Queen Mary University w Londynie oraz University of Kent zsyntezowali nanocząsteczki o kształcie kolczastej kuli. Sferyczna nanocząstka zbudowana z nanorurek węglowych, posiada właściwości magnetyczne. Przypadkowe dokonanie w dziedzinie nanotechnologii może stanowić rewolucję w produkcji wielu materiałów.

Nanorurki węglowe to arkusze grafenu zwinięte w walec, puste w środku. Odpowiednie ułożonie struktur nanorurek nadaje im użyteczne właściwości. Nanocząstka z nanorurek została przypadkowo wytworzona dzięki nierównej powierzchni reaktora przeznaczonego do syntezy nanorurek węglowych.

Struktura nanocząstek przypomina morskie zwierzę – jeżowca. Składa się z jednakowej długości nanorurek węglowych wypełnionych żelazem, wychodzących we wszystkich kierunkach z jednego wspólnego punktu.

Naukowcy sugerują, że obecność żelaza oraz niezwykły kształt nanocząstek może znaleźć zastosowanie przy produkcji akumulatorów ładowanych ciepłem odpadowym, polimerów o stałych właściwościach magnetycznych lub cząstek do leczenia raka, które wykorzystują ciepło do zabijania komórek nowotworowych.

Badacze stwierdzili, że celowe wprowadzenie większej ilości bruzd na powierzchni reaktora wpływa na zwiększenie wytwarzania jeżowcopodobnych struktur nanocząstek. Wypełnienie wielościennej kapilarnej nanorurki było znacznie większe niż to, które może być osiągnięte przez konwencjonalną metodę CVD (z ang. chemical vapor deposition).

Metoda wykorzystana przez naukowców przy syntezie była bardzo prosta. Nie wymagała dokładnej kotroli parametrów procesu, ani zaawansowanego modyfikowania komory reaktora. Nowa chemiczna metoda syntezy par wykorzystywała fluktuacje (przypadkowe wahania) warunków termodynamicznych w lepkiej warstwie granicznej pomiędzy laminarnym strumieniem par a powierzchnią. Najpierw w fazie gazowej powstała centralna część cząsteczki na skutek spontanicznej, homogenicznej nukleacji Fe lub Fe-C. Przybrała kulisty kształt, ze względu na symetryczny gradient dyfuzji, inicjujący promieniowy wzrost. Następnie promieniowy wzrost napędzany był lokalnymi gradientami dyfuzji utworzonymi przez endotermiczny charakter reakcji grafitu. Promieniowe struktury były dominującym produktem, warunki reakcji były samowystarczalne.

Naukowcy uważają, że metoda ma potencjał do wydajnej produkcji nanostruktur metal-węgiel z niezwykłymi morfologiami. Dodatkowa analiza wykazała, że mała frakcja żelaza znajdująca się wewnątrz nanorurek węglowych była szczególnego typu – takiego jakie zwykle powstaje w wysokiej temperaturze i ciśnieniu.

Byliśmy zaskoczeni, gdy zobaczyliśmy ten rzadki rodzaj żelaza wewnątrz nanorurek. Chociaż niewiele wiemy o jego zachowaniu, zauważyliśmy, że obecność tej małej frakcji żelaza znacząco wpływa na właściwości magnetyczne nanocząstek” – dodaje dr Baxendale.

Badania wspierane przez South East Physics Network zostały opublikowane w czasopiśmie Carbon, Volume 64, Listopad 2013.

Źródło:
[1] Boundary layer chemical vapor synthesis of self-organized radial filled-carbon-nanotube structures.F. S. Boia, G. Mountjoyb, M. Baxendalea
[2] http://www.qmul.ac.uk/media/news/items/se/113478.html | 11.09.2013
[3] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622313007562 | 11.09.2013
[4] Arbacia punctulata by Paul J. Morris, flickr.com, CC BY-SA 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *