Värillisiä ja jäädyttäviä nanoputkia

Yksiseinäisiä hiilinanoputkia hyödynnetään elektroniikassa ja kosketusnäytöissä mutta yleensä ne ovat mustia tai tummia.

Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden tavan hallita hiilinanoputkien valmistusta ja pystyneet luomaan niistä erivärisiä ohutkalvoja.

Tutkijat uskovat, että tämä on ensimmäinen kerta, kun värillisiä hiilinanoputkia on tuotettu suoralla synteesillä. Suorassa synteesissä kalvot saavat värinsä valmistusprosessissa sen sijaan, että valmiita nanoputkia puhdistettaisiin jälkikäteen.

”Värillisiä ohutkalvoja voitaisiin käyttää värikkäiden kosketusnäyttöjen tai optisilta ominaisuuksiltaan täysin uudenlaisten aurinkokennojen valmistamiseen”, professori Esko Kauppinen kertoo.

Värien saaminen hiilirakenteisiin edellyttää nanoputkien rakenteen hallintaa ja muokkaamista atomin tarkkuudella valmistuksen aikana. Kauppisen työryhmän valmistusmenetelmä on poikkeuksellinen: nanoputket kasvatetaan metallin ja hiilen aerosoleista kaasun muodossa, ja niiden avulla putkien rakennetta on mahdollista muokata.

Tutkijat havaitsivat, että värillisten ohutkalvojen rakenteiden kierteisyys oli erittäin kapeasti jakautunut eli nanoputkien seinien kennomaiset muodot olivat lähes yhdensuuntaisia läpi koko kalvon. Hiilinanoputkien sähköiset ja optiset ominaisuudet – ja siis myös väri – riippuvat pitkälti juuri rakenteiden kierteisyydestä.

Kauppisen mukaan valmistusmenetelmä myös skaalautuu helposti teollisiin tarpeisiin ja määriin.

Rice yliopiston insinöörit ovat puolestaan osoittaneet, miten nanoputket muuttavat veden muotoa eli vesimolekyylit neliöityvät nanoputkessa.

Kun hiilen tai boorinitridisen nanoputkeen lisätään vettä niin vesimolekyylit muokkautuvat neliömäiseksi sauvaksi jos nanoputkella on sopiva halkaisija.

Ricen materiaalitutkija Rouzbeh Shahsavari ja hänen tiiminsä osoittivat, että nanoputken sisäpinnan ja vesimolekyylien välinen varsin heikko van der Waals –voima pakottaa happi- ja vetyatomit paikoilleen.

Shahsavari viittaa sisältöön kaksiulotteisena "jäänä", koska molekyylit jäätyvät lämpötilasta riippumatta. Hänen mukaansa tutkimus tarjoaa arvokasta tietoa keinoista hyödyntää nanoputkien ja vesimolekyylien välisiä atomivaihtoehtoja erilaisten nanokanavien ja energiaa varastoivien nanokapasitanssien valmistamiseksi.