(Phys.org) - Pesquisadores da Rice University e da Penn State University descobriram que adicionar uma pitada de boro ao carbono durante a criação de nanotubos os transforma em sólidos, esponjoso, blocos reutilizáveis ​​que têm uma capacidade surpreendente de absorver o óleo derramado na água.

Essa é uma das várias inovações potenciais para o material criado em uma única etapa. A equipe descobriu pela primeira vez que o boro cria dobras e cotovelos nos nanotubos conforme eles crescem e promove a formação de ligações covalentes, que conferem às esponjas suas qualidades robustas.

Os pesquisadores, que colaborou com colegas em laboratórios de todo o país e na Espanha, Bélgica e Japão, revelou sua descoberta no jornal online de acesso aberto da Nature Relatórios Científicos .

Autor principal Daniel Hashim, um estudante de pós-graduação no laboratório de arroz do cientista de materiais Pulickel Ajayan, disse que os blocos são super-hidrofóbicos (eles odeiam água, então eles flutuam muito bem) e oleofílicos (eles adoram óleo). As nanoesponjas, que são mais de 99 por cento do ar, também conduzem eletricidade e podem ser facilmente manipulados com ímãs.

Para demonstrar, Hashim jogou a esponja em um prato de água com óleo de motor usado flutuando em cima. A esponja o absorveu. Ele então combinou com o material, queimou o óleo e devolveu a esponja à água para absorver mais. A esponja robusta pode ser usada repetidamente e resiste a abusos; ele disse que uma amostra permaneceu elástica após cerca de 10, 000 compressões no laboratório. A esponja também pode armazenar o óleo para recuperação posterior, ele disse.

“Essas amostras podem ser muito grandes e podem ser facilmente aumentadas, ”Disse Hashim, segurando um bloco quadrado de meia polegada de bilhões de nanotubos. “Eles são de densidade super baixa, portanto, o volume disponível é grande. É por isso que a absorção de óleo pode ser tão alta. ”Ele disse que as esponjas descritas no artigo podem absorver mais de cem vezes seu peso em óleo.

Ajayan, Benjamin M. e Mary Greenwood Anderson Professor de Rice em Engenharia Mecânica e Ciência de Materiais e de Química, os referidos nanotubos de carbono de paredes múltiplas crescidos em um substrato por meio de deposição química de vapor geralmente se erguem em linha reta, sem nenhuma conexão real com seus vizinhos. Mas os defeitos introduzidos pelo boro induziram os nanotubos a se ligarem em nível atômico, que os enredou em uma rede complexa. Esponjas de nanotubos com potencial de absorção de óleo foram feitas antes, mas esta é a primeira vez que as junções covalentes entre nanotubos em tais sólidos foram demonstradas de forma convincente, ele disse.

“As interações acontecem à medida que crescem, e o material sai da fornalha como um sólido, ”Ajayan disse. “As pessoas têm feito sólidos de nanotubos por meio do processamento pós-crescimento, mas sem as conexões covalentes adequadas. A vantagem aqui é que o material é criado diretamente durante o crescimento e sai como uma rede porosa reticulada.

“É fácil para nós fazer blocos de construção nano, mas chegar à macroescala tem sido difícil, Disse ele. “Os nanotubos precisam se conectar por meio de alguma maneira inteligente de criar defeitos topológicos, ou eles têm que ser soldados. ”

Quando ele era um estudante de graduação de Ajayan no Rensselaer Polytechnic Institute, Hashim e seus colegas descobriram indícios de uma solução topológica para o problema enquanto participavam de um programa de intercâmbio da National Science Foundation no Instituto de Pesquisa Científica e Tecnologia (IPICYT) em San Luis Potosí, México. O co-autor do artigo, Mauricio Terrones, um professor de física, ciência de materiais e engenharia na Penn State University com uma nomeação na Shinshu University, Japão, liderou um laboratório de nanotecnologia lá.

“Nosso objetivo era encontrar uma maneira de fazer redes tridimensionais desses nanotubos de carbono que formariam um tecido em macroescala - um bloco esponjoso de nanotubos que seria grande e espesso o suficiente para ser usado para limpar derramamentos de óleo e realizar outras tarefas , ”Terrones disse. “Percebemos que o truque era adicionar boro - um elemento químico próximo ao carbono na tabela periódica - porque o boro ajuda a desencadear as interconexões do material. Para adicionar o boro, usamos temperaturas muito altas e, em seguida, 'tricotamos' a substância no tecido de nanotubo. ”

Os pesquisadores têm grandes esperanças para as aplicações ambientais do material. “Para derramamentos de óleo, você teria que fazer grandes folhas ou encontrar uma maneira de soldar as folhas (um processo no qual Hashim continua a trabalhar), ”Ajayan disse.

“A remediação de derramamento de óleo e a limpeza ambiental são apenas o começo de como esses novos materiais de nanotubos podem ser úteis, Terrones acrescentou. “Por exemplo, poderíamos usar esses materiais para fazer baterias mais eficientes e mais leves. Poderíamos usá-los como andaimes para a regeneração do tecido ósseo. Poderíamos até mesmo impregnar a esponja de nanotubo com polímeros para fabricar compostos robustos e leves para as indústrias automobilística e de aviões. ”

Hashim suggested his nanosponges may also work as membranes for filtration.

“I don’t think anybody has created anything like this before, ” Ajayan said. “It’s a spectacular nanostructured sponge.”