گروهی از محققان نانوفناوری دانشگاه مریلند یکی از بزرگ‌ترین مشکلات پیش روی استفاده از نانولوله‌های کربنی در افزایش کارایی ذخیره انرژی در باتری‌ها یا افزایش قابلیت‌های حسگری فلورسانس در حسگرهای زیستی را حل کرده‌اند. آنها توانسته‌اند در حین ایجاد حلالیت، ویژگی‌های الکتریکی و اُپتیکی نانولوله‌ها را حفظ نمایند.
افزایش انحلال نانولوله‌های کربنی به شکلی کنترل‌شده
گروهی از محققان نانوفناوری دانشگاه مریلند یکی از بزرگ‌ترین مشکلات پیش روی
استفاده از نانولوله‌های کربنی در افزایش کارایی ذخیره انرژی در باتری‌ها یا افزایش
قابلیت‌های حسگری فلورسانس در حسگرهای زیستی را حل کرده‌اند.
این تحقیق به رهبری پروفسور یوهوآنگ وانگ در مرکز «استفاده از نانوساختارها در
ذخیره انرژی الکتریکی» واقع در دانشگاه نورث‌وسترن و همچنین مرکز نانوی مریلند
انجام شده است.
نانولوله‌های کربنی قابلیت‌های بسیار زیادی دارند. این مواد جزء رساناترین
ساختارهایی به‌شمار می‌روند که تاکنون ساخته شده‌اند. برای بهره‌گیری کامل از این
ویژگی‌ها، نانولوله‌های کربنی ابتدا باید حل شوند. متأسفانه این مواد در حالت اولیه
خود محلول نبوده و به‌صورت توده‌ای کنار هم جمع می‌شوند.
بیش از یک دهه است که محققان به‌دنبال ابداع فرایندهای شیمیایی جدید برای حل این
مشکل هستند. یکی از ایده‌های موجود ایجاد نواقص ساختاری دائمی در نانولوله‌ها و
عامل‌دار کردن آنهاست تا بدین‌وسیله حلالیت آنها افزایش یابد. متأسفانه در این روش
ویژگی‌های الکتریکی و اُپتیکی نانولوله‌ها به سرعت از بین می‌رود.
وانگ و گروهش یک فرایند عامل‌دار کردن جدید ابداع کرده‌اند که با استفاده از آن در
حین ایجاد حلالیت، ویژگی‌های الکتریکی و اُپتیکی نانولوله‌ها را حفظ نمایند. آنها
به‌صورت هدفمند و در نقاط مفید (نه به‌صورت تصادفی) نواقص را روی لوله‌ها عامل‌دار
کرده و بدین‌ترتیب گروه‌های عاملی راهبردی ایجاد می‌کنند. این گروه‌های مولکولی که
با دقت جایگذاری شده‌اند، این امکان را برای نانولوله‌ها ایجاد می‌کنند که در
سیالات پخش شده و در عین حال ویژگی‌های اُپتیکی و رسانایی الکتریکی خود را در بخش‌های
بزرگی از خود حفظ نمایند.
گروه وانگ با بهره‌گیری از یک فرایند شیمیایی به‌نام آلکیل کربوکسیلاسیون احیایی
Billups-Birch دریافتند که می‌توانند گروه‌های عاملی جدید را به شکلی کنترل‌شده روی
دیواره نانولوله‌ها متصل نمایند، بدون آنکه نواقص ناخواسته‌ای در ساختار آن ایجاد
کنند.
زمانی که نانولوله‌ها برای مدت خاصی در یک محلول شیمیایی قرار می‌گیرند، طول گروه‌های
عامل‌دارشده روی نانولوله‌ها به شکلی قابل پیش‌بینی افزایش می‌یابد. با تکرار این
فرایند و یا افزایش زمان قرار گرفتن نانولوله‌ها در محلول، این بخش‌ها رشد بیشتری
می‌یابند. زمانی که نانولوله‌های کربنی در زیر یک میکروسکوپ الکترونی خاص با بزرگ‌نمایی
بالا قرار داده می‌شوند، عامل دار شدن طولی در طول نانولوله‌ها مشاهده می‌شود.
جزئیات این تحقیق در مجله Nature Communications منتشر شده است.
