성장하는 순수한 나노튜브는 스트레칭이지만 가능합니다.

[아름이]

성장하는 순수한 나노튜브는 스트레칭이지만 가능합니다.
쌀 이론가들은 '다이어트'가 단일 키랄성 탄소 나노튜브를 얼마나 생산할 수 있는지 보여줍니다.
날짜:
2022년 11월 9일
원천:
라이스 대학교
요약:
연구원들은 원하는 단일 키랄성을 가진 탄소 나노튜브 배치를 만들기 위한 새로운 이론을 발표했습니다. 그들의 방법은 모두 금속이거나 모두 반도체인 나노튜브의 정제를 단순화할 수 있습니다.

기린이 키 큰 나무의 잎사귀를 잡아당기는 것처럼, 탄소 나노튜브가 자라면서 음식에 도달하도록 하는 것은 오랫동안 추구해 온 돌파구로 이어질 수 있습니다.

Rice University의 George R. Brown 공과대학의 재료 이론가인 Boris Yakobson과 Ksenia Bets는 성장하는 나노튜브에 제약을 가하는 것이 원하는 단일 키랄성을 가진 배치 성장의 "성배"를 용이하게 할 수 있는 방법을 보여줍니다.

Science Advances 에 실린 그들의 논문은 용광로에서 탄소 공급원료를 제한하는 것이 나노튜브의 "연" 성장을 제어하는 ​​데 도움이 되는 전략을 설명합니다. 이 방법에서 나노튜브는 기판 위의 금속 촉매에서 형성되기 시작하지만, 성장함에 따라 촉매를 들어 올려 끈에 매달린 연과 유사합니다.

탄소 나노튜브 벽은 기본적으로 그래핀으로, 육각형 원자 격자가 튜브로 감겨 있습니다. 키랄성은 육각형이 격자 내에서 각도가 0도에서 30도 사이인 방식을 나타냅니다. 그것은 나노튜브가 금속인지 반도체인지를 결정합니다. 예를 들어 단일 키랄성에서 긴 나노튜브를 성장시키는 능력은 전도성이 높은 나노튜브 섬유 또는 트랜지스터의 반도체 채널을 제조할 수 있습니다.

일반적으로 나노튜브는 단일 및 다중 벽과 다양한 키랄성으로 무작위 방식으로 성장합니다. 일부 응용 분야에서는 괜찮지만 많은 응용 분야에서는 나노튜브를 분리하기 위해 원심 분리 또는 기타 비용이 많이 드는 전략이 필요한 "정제된" 배치가 필요합니다.

연구원들은 움직이는 노즐을 통해 공급되는 뜨거운 탄소 공급원료 가스가 촉매가 활성 상태를 유지하는 한 나노튜브가 효과적으로 성장하도록 유도할 수 있다고 제안했습니다. 서로 다른 키랄성을 가진 튜브는 서로 다른 속도로 성장하기 때문에 길이별로 분리될 수 있으며 느리게 성장하는 유형은 완전히 제거될 수 있습니다.

일부 나노튜브를 식각하는 것과 관련된 추가 단계를 통해 특정 키랄성을 수확할 수 있다고 그들은 결정했습니다.

나노튜브 성장의 메커니즘을 정의하기 위한 연구실의 연구는 개별 튜브의 키랄성의 함수로서 성장 속도가 유용할 수 있는지 여부에 대해 생각하게 했습니다. 성장하는 나노튜브 가장자리의 "꼬임" 각도는 나노튜브가 새로운 탄소 원자를 추가하는 데 얼마나 에너지적으로 순응하는지를 결정합니다.

"촉매 입자는 나노튜브가 성장함에 따라 움직이며, 이것이 가장 중요합니다."라고 Yakobson 그룹의 연구원인 Bets는 말했습니다. "공급 원료가 계속해서 멀어지면 다른 튜브가 아닌 일부 튜브에 공급하는 이동 창이 생깁니다."

Lamarck 기린에 대한 이 논문의 언급( 그들이 그렇게 긴 목을 어떻게 진화시켰는지에 대한 19세기 이론)은 완전히 좌익에서 벗어난 것은 아니라고 Bets는 말했습니다 .

"그것은 당신이 당신의 '잎'을 멀리 옮기고 그것에 도달할 수 있는 튜브가 계속해서 빠르게 성장하고 죽을 수 없는 튜브를 이동시키기 때문에 그것은 은유로 작동합니다."라고 그녀는 말했습니다. "결국 아주 조금 느린 모든 나노튜브는 '사멸'할 것입니다."

속도는 전략의 일부일 뿐입니다. 사실, 그들은 약간 느린 나노튜브가 단일 키랄성 수확을 보장하는 목표가 되어야 한다고 제안합니다.

키랄성이 다른 나노튜브는 자체 속도로 성장하기 때문에 배치는 계층을 나타낼 수 있습니다. 가장 긴 나노튜브를 화학적으로 에칭하면 나노튜브가 분해되어 다음 레벨의 튜브가 보존됩니다. 공급원료를 복원하면 2층 나노튜브가 도태될 준비가 될 때까지 계속 성장할 수 있다고 Bets는 말했다.

"나노튜브 성장이 역전될 수 있다는 것을 보여주는 3~4개의 실험실 연구가 있으며, 우리는 에칭 후에 다시 시작할 수 있다는 것도 알고 있습니다."라고 그녀는 말했습니다. "따라서 우리 아이디어의 모든 부분은 이미 존재합니다. 비록 그 중 일부가 까다롭더라도 말입니다. 평형에 가까워지면 동일한 튜브에 대한 성장과 에칭 속도 사이에 동일한 비례성을 갖게 될 것입니다. 모든 것이 훌륭하고 깨끗하다면 절대적으로 할 수 있습니다. , 목표로 하는 튜브를 정확하게 선택하십시오."

Yakobson 연구소는 실험이 아닌 이론에 초점을 맞추기 때문에 그것들을 만들지 않을 것입니다. 그러나 다른 연구실에서는 과거의 쌀 이론을 붕소 버키볼과 같은 제품으로 전환했습니다.

Bets는 "저희 리뷰어 한 명 한 명이 모두 실험가라고 확신하며 작동하는 데 어떤 모순도 보지 못했습니다."라고 말했습니다. "물론 그들의 유일한 불만은 실험 결과를 지금 당장 원한다는 것이었지만 우리는 그렇게 하지 않았습니다."

그녀는 몇 개 이상의 연구실이 도전 과제를 해결하기를 희망합니다. Bets는 "과학의 관점에서 볼 때 일반적으로 군중에게 아이디어를 제공하는 것이 더 유익합니다."라고 말했습니다. "그렇게 하면 관심이 있는 사람들은 100가지의 다양한 변형을 시도하고 어떤 것이 효과가 있는지 확인할 수 있습니다. 한 사람이 시도하는 데 100년이 걸릴 수도 있습니다."

Yakobson은 "우리는 그 '남자'가 되고 싶지 않습니다. 우리에게는 그렇게 많은 시간이 없다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/