p (PhysOrg.com) - Um laboratório da Rice University avançou com um método eficiente para dispersar nanotubos de uma forma que preserva suas propriedades únicas - e adiciona mais. p A nova técnica permite que complexos de metais inorgânicos com diferentes funcionalidades permaneçam em contato próximo com nanotubos de carbono de parede única, mantendo-os separados em uma solução.

p Essa separação é crítica para os fabricantes que desejam fiar fibra a partir de nanotubos, ou misture-os em materiais compostos para maior resistência ou para tirar proveito de suas propriedades elétricas. Para iniciantes, a capacidade de funcionalizar os nanotubos ao mesmo tempo pode avançar os sensores de imagem, catálise e células a combustível de hidrogênio ativadas por energia solar.

p Melhor ainda, um lote de nanotubos pode aparentemente ficar disperso na água por semanas a fio.

p Impedir que os nanotubos de carbono se aglutinem em soluções aquosas e combiná-los com moléculas que adicionam novas habilidades tem sido uma grande novidade para os cientistas que estão explorando o uso desses materiais altamente versáteis.

p Eles tentaram anexar moléculas orgânicas às superfícies dos nanotubos para adicionar funcionalidade e também solubilidade. Mas, embora essas técnicas possam separar os nanotubos uns dos outros, eles prejudicam a eletrônica dos nanotubos, propriedades térmicas e mecânicas.

p Angel Marti, um professor assistente de química e bioengenharia do Rice e um jovem investigador Norman Hackerman-Welch, e seus alunos relataram este mês no jornal Royal Society of Chemistry Comunicações Químicas que os complexos de polipiridil de rutênio são altamente eficazes na dispersão de nanotubos em água de forma eficiente e por longos períodos. O rutênio é um elemento metálico raro.

p Uma das chaves é ter a molécula certa para o trabalho. Marti e sua equipe criaram complexos de rutênio combinando o elemento com ligantes, moléculas estáveis ​​que se ligam a íons metálicos. O complexo molecular resultante é parte hidrofóbico (os ligantes) e parte hidrofílico (o rutênio). Os ligantes se ligam fortemente aos nanotubos, enquanto as moléculas de rutênio anexadas interagem com a água para manter os tubos em solução e mantê-los separados uns dos outros.

p Outra chave acabou sendo a moderação.

p Originalmente, Marti disse, ele e os coautores Disha Jain e Avishek Saha não estavam decididos a resolver um problema que confunde os químicos há décadas, mas sua disposição de "fazer algo louco" valeu a pena. Jain é um ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Marti, e Saha é uma estudante de graduação.

p Os pesquisadores estavam observando complexos de rutênio como parte de um estudo para rastrear depósitos amilóides associados à doença de Alzheimer. "Começamos a nos perguntar o que aconteceria se modificássemos o complexo de metal para que pudesse se ligar a um nanotubo, "Marti disse." Isso daria solubilidade, individualização, dispersão e funcionalidade. "

p Sim, mas não a princípio. "Avishek juntou isso com nanotubos de carbono de parede simples purificados (criados por meio do processo HiPco de Rice) e sonicou. Absolutamente nada aconteceu. Os nanotubos não entraram em solução - eles apenas se aglomeraram no fundo.

p "Isso foi muito estranho, mas é assim que a ciência funciona - algumas coisas que você acha que são boas ideias nunca funcionam. "

p Saha removeu o líquido e deixou os nanotubos aglomerados no fundo do tubo de centrífuga. "Então eu disse, 'Nós vamos, por que você não faz algo louco. Basta adicionar água a isso, e com o pouco de rutênio que pode permanecer lá, tente fazer a reação. ' Ele fez isso, e a solução ficou preta. "

p Uma baixa concentração de rutênio resolveu o problema. "Descobrimos que 0,05 por cento do complexo de rutênio é a concentração ideal para dissolver nanotubos, "Marti disse. Outras experiências mostraram que os complexos simples de rutênio por si só não funcionavam. A molécula requer sua cauda de ligante hidrofóbica, que busca minimizar sua exposição à água ligando-se a nanotubos. "É a mesma coisa que os nanotubos querem fazer, então é uma relação favorável, " ele disse.

p Marti também descobriu que a fluorescência natural dos nanotubos não é afetada pelos complexos de rutênio. "Mesmo que tenham sido purificados, que pode apresentar defeitos, eles ainda exibem fluorescência muito boa, " ele disse.

p Ele disse que certos complexos de rutênio têm a capacidade de permanecer em um estado de excitação por um longo tempo - cerca de 600 nanossegundos, ou 100 vezes mais do que as moléculas orgânicas normais. "Isso significa que a probabilidade de transferir um elétron é alta. Isso é conveniente para aplicações de transferência de energia, que são importantes para a imagem, " ele disse.

p O fato de os nanotubos ficarem suspensos por muito tempo deve chamar a atenção dos fabricantes que os utilizam a granel. "Eles deveriam ficar separados por semanas sem problemas, Marti disse. "Temos soluções que estão paradas há meses, sem qualquer sinal de colapso."