Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Tổng hợp ống nano bằng phương pháp hóa học (26/02/2019)

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Tokyo đã sử dụng benzen, một hydrocacbon thông thường để chế tạo ống nano phân tử mới, có thể dẫn đến nhiều ứng dụng bán dẫn sử dụng loại nanocacbon mới này.

Một xi lanh pNT kích thước nanomet làm bằng 40 benzen. Hình trụ mỏng hơn hàng chục ngàn lần so với tóc người. Ảnh: © 2018 Hiroyuki Isobe.

Môi trường nguyên sơ và bố cục thông minh mở ra cho các nhà nghiên cứu khai thác nhiều cơ hội cho các thí nghiệm thú vị. GS. Hiroyuki Isobe và nhóm nghiên cứu đã đánh giá cao về cấu trúc phân tử "đẹp" và tạo ra thứ gì đó không chỉ đẹp mà còn phục vụ cho ngành hóa học.

Ống nano phenine (pNT) rất đối xứng và đơn giản. Tuy nhiên, việc tổng hợp ống nano bằng phương pháp hóa học rất khó thực hiện, thậm chí còn khó hơn nữa nếu bạn muốn kiểm soát một cách tinh tế các cấu trúc để mang đến các tính chất và chức năng độc đáo.

Các ống nano cacbon thông thường nổi tiếng về cấu trúc than chì hoàn hảo không có khiếm khuyết, nhưng chúng khác nhau về chiều dài và đường kính. Nhóm nghiên cứu muốn chế tạo loại ống nanocacbon duy nhất, một dạng mới có thể kiểm soát các khiếm khuyết trong cấu trúc hình trụ kích thước nanomet, cho phép các phân tử bổ sung thêm thuộc tính và chức năng.

Quy trình tổng hợp mới bắt đầu với benzen, một vòng lục giác gồm sáu nguyên tử cacbon. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các phản ứng để kết hợp sáu trong số các benzen này để tạo thành một vòng lục giác lớn hơn được gọi là cyclo-meta-phenylene (CMP).

Sau đó, các nguyên tử bạch kim được sử dụng cho phép 4 CMP tạo thành một khối lập phương hở đầu. Khi bạch kim được loại bỏ, khối lập phương sẽ tạo thành một vòng tròn dày và được gắn các phân tử bắc cầu ở cả hai đầu cho phép tạo nên hình dạng ống. Thật đáng ngạc nhiên, quá trình phức tạp này liên kết thành công các benzen theo đúng cách trong hơn 90% thời gian. Điểm mấu chốt cũng nằm ở tính đối xứng của phân tử, giúp đơn giản hóa quá trình lắp ghép chừng 40 benzen.

Các benzen này có tên là phenine, được sử dụng để tạo thành hình trụ có kích thước nanomet. Kết quả dẫn đến sự ra đời của cấu trúc ống nano mới với các khiếm khuyết định kỳ theo chủ ý. Các nghiên cứu lý thuyết cho thấy những khiếm khuyết này mang lại cho ống nano tính chất bán dẫn.

"Tinh thể của pNT cũng rất thú vị: Các phân tử pNT được sắp xếp và bao bọc trong một mạng tinh thể với nhiều khe và chỗ trống", GS. Isobe giải thích. "Các hạt nano này có thể bao gói các chất khác nhau, làm cho tinh thể pNT có những tính chất hữu ích cho các ứng dụng điện tử. Chúng tôi đã đưa thành công vào pNT một phân tử cacbon lớn gọi là fullerene (C70)".

Nguồn: N.P.D (NASATI)/www.vista.gov

Cập nhật: 17/01/2018