Старые добрые нанотрубки борозды не испортят

Кристаллы из ультратонких углеродных нанотрубок могут найти чудесное применение подобно преобразованию избыточного тепла в электрическую энергию с почти идеальной эффективностью.

Значительный шаг на пути к этому совершили инженеры из университета Райса.

Вообще-то история началась в 2013 году. Тогда Джунихиро Коно из Райса со студентами открыли прорывной метод создания углеродных нанотрубок в тонких пленках на фильтрующей мембране.

Нанотрубки длинные, полые и могут спутываться. Представьте себе садовый шланг длиной десятки километров. Представили? Отлично, теперь представьте, что его диаметр не превышает ширину нескольких атомов. Любой, кто когда-либо пытался распутать шланг, оценит подвиг Коно и его команды, ведь они сумели превратить множество непослушных нанотрубок в хорошо организованные группы. Миллиарды нанотрубок ложились рядами, словно спагетти в коробке.

Так в чем проблема? А проблема в том, что команда Коно понятия не имели, почему все так происходит.

— Это было волшебно, настоящая магия, заявил Коно, инженер и исследователь в области прикладной физики, электричества и материаловедения. Коно исследует углеродные нанотрубки свыше 20 лет.

— Мы так и не поняли, что происходит в микромасштабе. Но что еще важнее, мы не знали, в каком направлении эти нанотрубки будут выстраиваться, добавил ученый.

Возможные объяснения исследователи опубликовали в 2016 году. Ответ неожиданный и просто: нанотрубки выравниваются благодаря крошечным параллельным бороздкам в фильтрующей бумаге. Примечательно, что эти бороздки появляются на бумаге в процессе производства, специально их никто не делает.

Результаты исследования опубликованы в издании Nano Letters.

Ларчик просто открывался

По словам Коно, аспирант его лаборатории Нацуми Комацу (на верхнем фото) была первой, кто обнаружил бороздки в бумаге и связал их с выравниванием нанотрубок.

— Я обнаружила, что в любой коммерчески произведенной мембране для фильтров есть такие бороздки, заявила Комацу. — Плотность бороздок всегда разная, но они есть.

Для получения двухмерных кристаллических пленок исследователи впервые суспендировали смесь нанотрубок в водно-сурфактантном растворе. Похожий на мыло сурфактант обволакивает нанотрубки и служит своего рода детанглером, то есть средством против спутывания.

В 2013 году студенты Коно использовали вакуумную фильтрацию, чтобы пропустить смесь через мембрану фильтра. Жидкость прошла через фильтр, оставив на поверхности пленку с упорядоченными нанотрубками.

В целом ряду экспериментов Комацу с коллегами, включая постдока Саунаб Гош, показали, что нанотрубки выравниваются в соответствии с параллельными бороздками на мембране фильтра.

Комацу проанализировала дюжины образцов бумаги для фильтров и с помощью сканирующих электронных микроскопов классифицировал и описала бороздки.

С помощью высокой температуры и давления ученые удалили бороздки с поверхности бумаги подобно тому, как мы гладим утюгом мятую одежду. Исследователи показали, что пленки на бумаге без бороздок содержат нанотрубки, упорядоченные в разных направлениях.

Наконец, ученые изготовили бумагу с бороздками с определенным узором, и нанотрубки впоследствии повторили этот узор.

Метод удивителен, ведь он дает нужный уровень предиктивности в производстве двухмерных кристаллических пленок нанотрубок.

— Если нанотрубки расположены произвольно, вы теряете все преимущества одномерного материала, заметил Конро. — Одномерность — это ключевое свойство. Именно оно дает начало большинству необычных, но важных физических свойств.

Хотя пленки, полученные группой Коно, все-таки двухмерные, отдельные нанотрубки напоминают одномерный материал, особенно оптическими и электронными свойствами.

Эти свойства углеродных нанотрубок основаны на их диаметре и структуре или хиральности. Некоторые хиральности действуют подобно металлам, в то время как другие — подобно полупроводникам. Ученые десятилетиями пытались отыскать метод получения крупных макроскопических объектов с одним диаметром или хиральностью.

— Вообще это наш следующий шаг, заключила Гош. — В текущем исследовании мы используем смесь металлических и полупроводниковых нанотрубок с разными диаметрами.

09.03.2020


Подписаться в Telegram



Нано

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, каж...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Рост эффективности бифункциональных катализаторов удешевит производства водорода
Science: Аналоговые вычисления дают решать сложные уравнения и экономят энергию
Science: Аналоговые вычисления дают решать сложные уравнения и экономят энергию
JAAD: Новый метод может помочь дифференцировать два кожных заболевания
JAAD: Новый метод может помочь дифференцировать два кожных заболевания
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре
Долой мифы — вперед к светлому диетическому будущему
Долой мифы — вперед к светлому диетическому будущему
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Прорыв в нанотехнологиях поможет создать дисплей, дающий цвет в реальном времени
Прорыв в нанотехнологиях поможет создать дисплей, дающий цвет в реальном времени
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Science Advances: Мозг формирует эмоции независимо от органов чувств
Science Advances: Мозг формирует эмоции независимо от органов чувств

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса