(Phys.org) —A estratégia cautelosa de um laboratório da Rice University transforma nanotubos de carbono com carga negativa em cristais líquidos que poderiam aprimorar a criação de fibras e filmes.

O último passo para fazer macromateriais de nanotubos microscópicos depende de éteres de coroa em forma de gaiola que capturam cátions de potássio. Nanotubos de carbono com carga negativa se associam a cátions de potássio para manter sua neutralidade elétrica. Com efeito, os éteres ajudam a retirar esses cátions da superfície dos nanotubos, resultando em uma carga líquida que ajuda a contrabalançar a atração elétrica de van der Waals que normalmente transforma os nanotubos de carbono em um aglomerado inutilizável.

O processo, do químico do arroz Angel Martí, seus alunos e colegas foi revelado na revista American Chemical Society ACS Nano .

Os nanotubos de carbono há muito tempo são pensados ​​como uma base potencial para ultra-fortes, fibras altamente condutoras - premissa corroborada em trabalho recente do professor de Rice e coautor Matteo Pasquali - e sua preparação dependeu do uso de um "superácido, "ácido clorossulfônico, isso dá aos nanotubos uma carga positiva e os faz se repelirem em uma solução.

Martí e os primeiros autores Chengmin Jiang e Avishek Saha, ambos estudantes de graduação da Rice, decidiu olhar para a produção de soluções de nanotubos de outro ângulo. “Vimos na literatura que havia uma maneira de fazer o oposto e dar à superfície dos nanotubos cargas negativas, "Martí disse. Envolveu a infusão de nanotubos de carbono de parede única com metais alcalinos, nesse caso, potássio, e transformá-los em uma espécie de sal conhecido como polieletrólito. Misturando-os em um solvente orgânico, dimetilsulfóxido (DMSO), forçou os nanotubos carregados negativamente a liberar alguns íons de potássio e se repelirem, mas em concentrações muito baixas para extrusão em fibras e filmes.

Isso exigiu a adição de moléculas de éter conhecidas como 18-coroa-6 por seus arranjos atômicos em forma de coroa. As coroas têm um apetite particular por potássio; eles retiram os íons restantes das paredes do nanotubo e os sequestram. As qualidades repulsivas dos tubos tornam-se maiores e permitem mais nanotubos em uma solução antes que van der Waals os force a coagular.

Na massa crítica, nanotubos suspensos em solução saem da sala e formam um cristal líquido, Disse Martí. "Eles se alinham quando ficam tão aglomerados na solução que não podem embalar mais perto em um estado de alinhamento aleatório, "disse ele." Repulsões eletrostáticas impedem que as interações de van der Waals assumam o controle, então os nanotubos não têm outra escolha a não ser se alinhar, formando cristais líquidos. "

Nanotubos líquido-cristalinos são essenciais para a produção de fibra condutiva, como a fibra obtida com suspensões superácidas. Mas Martí disse que ficar negativo significa que os nanotubos podem ser mais facilmente funcionalizados, ou seja, alterado quimicamente para usos específicos.

"As cargas negativas na superfície dos nanotubos permitem reações químicas que você não pode fazer com superácidos, "Martí disse." Você pode, por exemplo, ser capaz de funcionalizar a superfície dos nanotubos de carbono ao mesmo tempo em que faz a fibra. Você pode ser capaz de reticular nanotubos para fazer uma fibra mais forte durante a extrusão.

“Sentimos que estamos trazendo um novo ator para o campo da nanotecnologia de carbono, especialmente para fazer materiais macroscópicos, " ele disse.