(PhysOrg.com) -- Un laboratoire de l'Université Rice a avancé avec une méthode efficace pour disperser les nanotubes d'une manière qui préserve leurs propriétés uniques -- et en ajoute plus.

La nouvelle technique permet à des complexes métalliques inorganiques avec différentes fonctionnalités de rester en contact étroit avec des nanotubes de carbone à paroi unique tout en les maintenant séparés dans une solution.

Cette séparation est essentielle pour les fabricants qui souhaitent filer des fibres à partir de nanotubes, ou les mélanger dans des matériaux composites pour plus de solidité ou pour tirer parti de leurs propriétés électriques. Pour commencer, la capacité à fonctionnaliser les nanotubes en même temps peut faire progresser les capteurs d'imagerie, catalyse et piles à combustible à hydrogène solaire.

Mieux encore, un lot de nanotubes peut apparemment rester dispersé dans l'eau pendant des semaines.

Empêcher les nanotubes de carbone de s'agglomérer dans des solutions aqueuses et les combiner avec des molécules qui ajoutent de nouvelles capacités ont été des mouches dans la pommade pour les scientifiques qui explorent l'utilisation de ces matériaux très polyvalents.

Ils ont essayé d'attacher des molécules organiques à la surface des nanotubes pour ajouter des fonctionnalités ainsi que la solubilité. Mais si ces techniques peuvent séparer les nanotubes les uns des autres, ils pèsent sur l'électronique des nanotubes, propriétés thermiques et mécaniques.

Ange Marti, un professeur adjoint Rice de chimie et de bio-ingénierie et un jeune chercheur Norman Hackerman-Welch, et ses étudiants ont rapporté ce mois-ci dans le journal de la Royal Society of Chemistry Communications chimiques que les complexes de polypyridyle de ruthénium sont très efficaces pour disperser efficacement et pendant de longues périodes les nanotubes dans l'eau. Le ruthénium est un élément métallique rare.

Une clé est d'avoir la bonne molécule pour le travail. Marti et son équipe ont créé des complexes de ruthénium en combinant l'élément avec des ligands, molécules stables qui se lient aux ions métalliques. Le complexe moléculaire résultant est en partie hydrophobe (les ligands) et en partie hydrophile (le ruthénium). Les ligands se lient fortement aux nanotubes tandis que les molécules de ruthénium attachées interagissent avec l'eau pour maintenir les tubes en solution et les séparer les uns des autres.

Une autre clé s'est avérée être la modération.

Initialement, Marti a dit, lui et ses co-auteurs Disha Jain et Avishek Saha n'étaient pas là pour résoudre un problème qui a ahuri les chimistes pendant des décennies, mais leur volonté de "faire quelque chose de fou" a payé gros. Jain est un ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Marti, et Saha est une étudiante diplômée.

Les chercheurs envisageaient des complexes de ruthénium dans le cadre d'une étude visant à suivre les dépôts amyloïdes associés à la maladie d'Alzheimer. "Nous avons commencé à nous demander ce qui se passerait si nous modifiions le complexe métallique pour qu'il puisse se lier à un nanotube, " Marti a dit. "Cela fournirait la solubilité, individualisation, dispersion et fonctionnalité."

Ça faisait, mais pas au début. "Avishek a combiné cela avec des nanotubes de carbone à paroi unique purifiés (créés via le processus HiPco de Rice) et soniqué. Absolument rien ne s'est passé. Les nanotubes ne sont pas entrés en solution - ils se sont juste agglutinés au fond.

"C'était très bizarre, mais c'est ainsi que fonctionne la science - certaines choses que vous pensez être de bonnes idées ne fonctionnent jamais."

Saha a retiré le liquide et a laissé les nanotubes agglutinés au fond du tube à centrifuger. "Alors j'ai dit, 'Bien, pourquoi ne fais-tu pas quelque chose de fou. Il suffit d'ajouter de l'eau à cela, et avec le peu de ruthénium qui pourrait y rester, essayez de faire la réaction. Il a fait ça, et la solution est devenue noire."

Une faible concentration de ruthénium a fait l'affaire. "Nous avons découvert que 0,05 % du complexe de ruthénium est la concentration optimale pour dissoudre les nanotubes, " a déclaré Marti. D'autres expérimentations ont montré que les complexes simples de ruthénium seuls ne fonctionnaient pas. La molécule nécessite sa queue de ligand hydrophobe, qui cherche à minimiser son exposition à l'eau en se liant avec des nanotubes. "C'est la même chose que les nanotubes veulent faire, c'est donc une relation favorable, " il a dit.

Marti a également découvert que la fluorescence naturelle des nanotubes n'était pas affectée par les complexes de ruthénium. "Même s'ils ont été purifiés, qui peut introduire des défauts, ils présentent encore une très bonne fluorescence, " il a dit.

Il a dit que certains complexes de ruthénium ont la capacité de rester dans un état excité pendant une longue période - environ 600 nanosecondes, ou 100 fois plus longtemps que les molécules organiques normales. "Cela signifie que la probabilité qu'il transfère un électron est élevée. C'est pratique pour les applications de transfert d'énergie, qui sont importants pour l'imagerie, " il a dit.

Que les nanotubes restent longtemps en suspension devrait attirer l'attention des fabricants qui les utilisent en vrac. "Ils devraient rester séparés pendant des semaines sans problème, " Marti a déclaré. "Nous avons des solutions qui ont été assis pendant des mois sans aucun signe de crash."