Doppen niet de boosdoener in nanobuischiraliteit

Doppen niet de boosdoener in nanobuischiraliteit

Anonim

door Mike Williams, Rice University

Image

(Phys.org) -Een enkelwandige koolstofnanobuis groeit vanaf de ronde dop naar beneden, dus het is logisch om te denken dat de formatie van de dop bepaalt wat volgt. Maar volgens onderzoekers van Rice University is dat niet helemaal zo.

Theoretisch natuurkundige Boris Yakobson en zijn Rice-collega's ontdekten door grondige analyse dat degenen die de chiraliteit van nanobuisjes willen beheersen - het kenmerk dat hun elektrische eigenschappen bepaalt - het verstandig zouden zijn om naar andere aspecten van hun groei te kijken.

In de studie van Yakobson, onderzoekswetenschapper Evgeni Penev en postdoctoraal onderzoeker Vasilli Artyukhov, die onlangs werd gepubliceerd door het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano , ontdekten de rijstonderzoekers dat de elastische energielandschappen die betrokken zijn bij capvorming niet sterk genoeg zijn om de chiraliteit van de nanobuis te dicteren .

Om een ​​duidelijk beeld te krijgen van hoe caps verband houden met nanobuischiraliteit, is de Rice-groep begonnen met een gedetailleerde, tweejarige telling van de 4.500 mogelijke dopformaties voor nanobuisjes van slechts twee diameters, 0, 8 en 1 nanometer, verdeeld over 21 chiraliteiten.

De dop van elke nanobuis heeft zes vijfhoeken - die geen van elkaar mogen raken - uit een reeks zeshoeken, zei Penev. Ze trekken aan de dop en dwingen deze om te buigen, maar hun posities zijn niet altijd hetzelfde van dop tot dop.

Maar omdat een bepaalde chiraliteit honderden mogelijke caps kan hebben, moet de bepalende factor voor chiraliteit elders liggen, vonden de onderzoekers. "De bijdrage van de dop is de elastische krommingsenergie, en dan vergeet je het gewoon, " zei Penev.

Image

"Er zijn verschillende factoren die een rol kunnen spelen, " zei Yakobson. "Een daarvan is het energiegedeelte dat wordt bepaald door de katalysator; een andere kan de energie van de doppen op zich zijn. Dus om een ​​groot beeld te krijgen, pakken we de energie van de doppen aan en sluiten we deze in feite uit als een factor bij het bepalen van chiraliteit."

Een nanobuis is een atoomdik vel koolstofatomen gerangschikt in zeshoeken en gerold in een buis. Chiraliteit verwijst naar de oriëntatie van de zeshoeken, en die hoek bepaalt hoe goed de nanobuis elektriciteit geleidt.

Een perfect geleidende metalen nanobuis zou de atomen gerangschikt hebben in "fauteuils", zo genoemd omdat het doormidden snijden van de nanobuis de bovenkant eruit zou laten zien als een serie putten met atomen voor armleuningen. Draai de zeshoeken echter 30 graden om een ​​halfgeleidende "zigzag" nanobuis te maken. Nanobuizen kunnen het een of het ander zijn, of de chirale hoek kan alles daar tussenin zijn, met een verschuivend bereik van elektrische eigenschappen.

Image

Controle krijgen over deze eigenschappen is een worsteling geweest. Idealiter zouden wetenschappers de specifieke soorten nanobuisjes kunnen kweken die ze nodig hebben voor een toepassing, maar in werkelijkheid groeien ze als een willekeurig assortiment dat vervolgens moet worden gescheiden met een centrifuge of op een andere manier.

Yakobson vermoedt dat het antwoord ligt in het afstemmen van de interactie tussen de katalysator en de nanobuisrand. "Deze studie toonde aan dat de energie die nodig is om de dop te configureren redelijk vlak is, " zei hij. "Dat is belangrijk om te weten, omdat we hierdoor aan andere factoren kunnen blijven werken."