Обернутые углеродные трубки – новая разработка японских ученых

Углеродные (карбоновые) нанотрубки, впервые разработанные в начале 1990-х годов представляют собой крошечные цилиндры, и были созданы в стремлении уменьшить размер технологических устройств и их компонентов. Углеродные нанотрубки (УНТ) имеют очень желательные свойства – они в 100 раз прочнее стали и одновременно в 6 раз легче нее. И в то же время они обладают более высокой электропроводностью и теплопроводностью по сравнению с медью.

Кроме того, карбоновые нанотрубки почти  не подвергаются физической деградации под воздействием факторов окружающей среды, в то время как большинство металлов все же разрушаются при тепловом расширении или сжатии, воздействии химически агрессивных сред.

Но есть существенная проблема:  УНТ имеют тенденцию к агрегации, образуя “комки” трубок. Чтобы использовать все выдающиеся свойства карбоновых нанотрубок на практике, они должны быть рассеяны. Но они нерастворимы во многих жидкостях, что еще более усложняет их дисперсию.

Ученые Университета Кюсю в Японии (Japan’s Kyushu University) разработали методику, которая  «отшелушивает»  агрегированные комки УНТ и рассеивает их в растворителях. Методика заключается в «обертывании» нанотрубки полимером, при этом образуется нековалентная химическая связь, которая не предполагает обмена электронами.  Техника называется Нековалентная полимерная упаковка (non-covalent polymer wrapping).  При использовании в такой методики ковалентной связи (с обменом электронами) возникает более стабильная связь между  атомами углеродной трубки и полимерной «оберткой», однако возникновение такой связи меняет также и свойства самой нанотрубки. Таким образом, исследователи пришли к выводу, что нековалентная упаковка будет опитимальной в большинстве случаев, так как вызывает минимальное повреждение трубок.

Разработкой методики нековалентной полимерной упаковки занимались доктор Tsuyohiko Fujigaya и доктор Naotoshi Nakashima. В их задачи входило также проанализировать различные подходы к полимерной упаковке нанотрубок и выявить приложения, в которых могут быть использованы карбоновые нанотрубки, упакованные в полимер. Их обзор был опубликован в STAM (16-2 p24802, 2015.)

Они обнаружили, что большое разнообразие полимеров может быть использовано для нековалентной упаковки углеродных нанотрубок. В последнее время многие полимерные диспергаторы были существенно развиты, что не только снизит эффективность УНТ, но также добавит новые функции для них. Эти полимерные диспергаторы в  настоящее время широко признаются и используются во многих областях, в том числе в области биотехнологии и энергетики.

 Кроме того, обернутые углеродные нанотрубки, которые стабильно завернуты в биосовместимые материалы, очень привлекательны для применения в биомедицине, например, из-за их невероятной способности преодолевать биологические барьеры без генерации иммунного ответа. Существует, таким образом, высокий потенциал для применения углеродных обернутых нанотрубок в области доставки лекарственного средства. Кроме того, упаковка углеродных нанотрубок в полимер улучшает их фотоэлектрических функции в солнечных элементах, например, когда полимеры действуют как принимающий свет пигмент. Поскольку конструкции полимеров могут быть легко адаптированы, ожидается, что функциональный список обернутых углеродных нанотрубок будет дополнительно расширен, и будут разработаны новые приложения с их использованием.