Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) сообщили о новом методе сортировки партий углеродных нанотрубок по длине с использованием высокоскоростных центрифуг. Многие потенциальные области применения углеродных нанотрубок зависят от длины этих микроскопических цилиндров, и одна из наиболее важных особенностей новой технологии, по словам ученых, заключается в том, что ее можно легко масштабировать для производства промышленных количеств высококачественных нанотрубок.
Так называемые одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) представляют собой листы атомов углерода толщиной всего в один атом, которые свернуты в трубки диаметром примерно один нанометр. Они обладают уникальными сочетаниями тепловых, механических, оптических и электронных свойств, которые предполагают широкий спектр применения, включая элементы схем в молекулярной электронике, флуоресцентные метки для диагностических и терапевтических применений в медицине и источники света для компактных, эффективных плоских дисплеев, среди многие другие.
К сожалению, методы изготовления углеродных нанотрубок всегда создают большой процент наномусора в смеси - комки углерода, обычная сажа, частицы металла, используемого в качестве катализатора - и нанотрубки бывают самых разных длин, от несколько десятков или сотен, до тысяч нанометров. Переработка партии необходима для большинства применений. Для многих потенциальных применений нанотрубки должны быть разделены по длине. В биомедицинских приложениях, например, было показано, что то, поглощаются ли нанотрубки клетками, в решающей степени зависит от длины (см. «Исследование: клетки избирательно поглощают короткие нанотрубки»). Очевидно, что нанотрубки, используемые в качестве компонентов будущих микросхем, должны соответствовать требованиям. месте, а в оптических приложениях длина нанотрубки определяет, насколько сильно она будет поглощать или излучать свет (см. «Чем больше, тем лучше для оптических свойств нанотрубки». )
В 2006 году исследователи обнаружили, что можно разделить нанотрубки по «хиральности» (мере закручивания углеродного атома), вращая их в плотной жидкости в ультрацентрифужной пробирке из-за взаимосвязи между хиральностью и плавучестью.. В этой новой работе группа исследователей из Национального института стандартов и технологий продемонстрировала, что разновидность той же техники может разделять нанотрубки по длине. Они показали, что в то время как нанотрубки в конечном счете будут двигаться к точке равновесия в центрифужной пробирке, определяемой их плавучестью, из-за трения они будут двигаться с разной скоростью в зависимости от их длины..
«Когда мы вращаем центрифугу, оказывается, что более длинные из них движутся быстрее. По сути, мы просто бежим наперегонки, а более длинные перемещаются дальше за то же время», - говорит исследователь Джеффри Фаган, «В конце концов они достаточно разделиться в положении, чтобы мы могли просто снять слои и получить разную длину».
Что особенно интересно, говорят они, так это то, что, хотя было показано, что другие методы сортируют нанотрубки по длине, это первый подход, который можно масштабировать для производства коммерчески важных количеств нанотрубок в заданном диапазоне длин. Этот процесс также удаляет большую часть нежелательного мусора, особенно металлических частиц, из партии. NIST подал заявку на патент на этот процесс.