Диетическая клетчатка эффективно очищает углеродные нанотрубки

Новый, более дешёвый метод легко и эффективно разделяет два типа углеродных нанотрубок. Процесс, разработанный исследователями Университета Нагои в Японии, можно масштабировать для производства очищенных партий одностенных углеродных нанотрубок (SWCNT), пригодных для высокопроизводительных электронных устройств. Результаты опубликованы в журнале Applied Physics Express.

Одностенные углеродные нанотрубки обладают превосходными электронными и механическими свойствами, что делает их идеальными кандидатами для использования в широком спектре устройств, включая тонкоплёночные транзисторы в LCD-дисплеях. Проблема в том, что лишь две трети производимых SWCNT пригодны для электроники. Полезные полупроводниковые SWCNT необходимо отделить от нежелательных металлических. Однако самый эффективный процесс очистки, известный как экстракция в водной двухфазной системе, в настоящее время требует использования дорогого полисахарида — декстрана.

Органический химик Харука Омачи и коллеги предположили, что эффективность декстрана в разделении нанотрубок заключается в связях между его глюкозными звеньями. Вместо декстрана команда испытала значительно более дешёвый изомальтодекстрин, который имеет гораздо больше таких связей.

Партию SWCNT оставляли на 15 минут в растворе, содержащем полиэтиленгликоль и изомальтодекстрин, а затем центрифугировали в течение пяти минут. Были опробованы три типа изомальтодекстрина с разным числом связей и молекулярной массой. Команда обнаружила, что металлические SWCNT отделялись в нижнюю (изомальтодекстриновую) часть раствора, а полупроводниковые всплывали в верхнюю (полиэтиленгликолевую) часть.

Тип изомальтодекстрина с высокой молекулярной массой и наибольшим числом связей оказался наиболее (на 99%) эффективным в разделении. Также выяснилось, что другой полисахарид — пуллулан, чьи глюкозные звенья соединены другим типом связей, — неэффективен для разделения. Исследователи предполагают, что количество и тип связей в изомальтодекстрине играют ключевую роль в его способности разделять нанотрубки.

Тонкоплёночный транзистор, изготовленный с использованием очищенных полупроводниковых SWCNT, показал очень хорошую производительность.

Изомальтодекстрин — это дешёвый и широкодоступный полисахарид, производимый из крахмала и используемый как диетическая клетчатка, что делает его экономичной альтернативой для процесса экстракции SWCNT. Омачи и его коллеги ведут переговоры с компаниями о коммерциализации подхода. Они также работают над улучшением характеристик тонкоплёночных транзисторов на основе полупроводниковых SWCNT для гибких дисплеев и сенсорных устройств.