Wetenschappers gebruiken oppervlakteactieve stoffen om ‘inerte’ sjablonen te maken voor de groei van nanobuisjes

Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben een oppervlakteactieve stof gebruikt om isolerende boornitride-nanobuisjes te dispergeren en ze op oppervlakken te coaten zonder te bundelen. Het team toonde aan dat warmtebehandeling de oppervlakteactieve stof kon verwijderen om schone sjablonen op nanoschaal te onthullen; chemische dampafzetting zou dan coaxiale nanobuisjes op de sjabloon kunnen vormen met behulp van een reeks materialen. Het vermogen om nanobuisjes te coaten op “inerte” isolerende structuren geeft wetenschappers ongekende toegang tot de eigenschappen van nieuwe nanobuismaterialen.

Doorbraken in nanotechnologie hebben nanobuizen en nanosheets gemakkelijker gemaakt voor materiaalwetenschappers. Maar ze afzonderlijk bestuderen is verre van eenvoudig. Omdat ze vaak gebundeld of geaggregeerd worden geleverd, is het lastig om zich te richten op de exotische optische en elektronische eigenschappen die voortkomen uit hun verminderde dimensionaliteit.

Recent werk toonde aan dat nanobuismaterialen kunnen worden gekweekt op het oppervlak van een koolstofnanobuis, wat goed gescheiden structuren oplevert die mogelijk kunnen worden gekarakteriseerd. Maar koolstofnanobuisjes hebben geleidende eigenschappen en absorberen sterk licht, waardoor het moeilijk is om de elektrische en optische eigenschappen van het gecoate materiaal te onderscheiden van die van de originele nanobuis.

Nu heeft een team onder leiding van assistent-professor Yusuke Nakanishi, assistent-professor Yohei Yomogida en universitair hoofddocent Yasumitsu Miyata van de Tokyo Metropolitan University in plaats daarvan isolerende boornitride (BN) nanobuisjes gebruikt als sjablonen voor het kweken van nanobuisjes. Dit is geen sinecure: nanobuisjes van boornitride zijn notoir plakkerig. Hoewel ze kunnen worden gedispergeerd met een oppervlakteactieve stof die de buisjes uit elkaar houdt, was het niet duidelijk of de oppervlakteactieve stof kon worden verwijderd om een ​​schoon sjabloon te onthullen. Nu heeft het team met succes een oppervlakteactieve stof gevonden die niet aan de buisjes kleeft; ze hebben ook een warmtebehandeling onder vacuüm aangescherpt, waardoor schone, goed geïsoleerde isolerende nanobuis-sjablonen achterblijven.

Met behulp van chemische dampafzetting kan een reeks materialen op de sjablonen worden gecoat. De nieuwe buis wikkelt zich om de originele BN-buizen en vormt iets dat lijkt op een coaxiale kabel op nanoschaal. Belangrijk is dat, aangezien BN een isolerend materiaal is, de elektrische eigenschappen van alle gecoate materialen in ongekende diepte kunnen worden bestudeerd. Dit omvat een eigenschap die bekend staat als chiraliteit, de “handigheid” in de structuur van de atomen in de nanobuis die aanleiding geeft tot een hele reeks exotische elektronische eigenschappen.

In principe gelooft het team dat hun “nano-reageerbuisjes” kunnen worden gebruikt om de groei van een hele reeks verschillende materialen te modelleren. Ze zijn al geslaagd met molybdeendisulfide en koolstof, met ruimte voor nog veel meer. Voeg daarbij de optische en elektrische inertie van hun BN-sjabloon, en hun nieuwe platform belooft niet alleen materiële ontdekking, maar ook onbelemmerde toegang tot hun exotische fysisch-chemische eigenschappen. Hun onderzoek is gepubliceerd in ACS Nano.