Merak Fullerene

Peapods Karbon nanotube berdinding tunggal (SWNTs) telah menarik minat yang cukup besar setelah penemuan C60. Tabung nano karbon berdinding tunggal menyediakan ruang kosong yang terisolasi dari kondisi luar. Ruang internal yang besar ini dapat diisi dengan struktur yang berbeda dan molekul dapat dimasukkan dengan de-capping. Fullerene adalah molekul yang paling disukai untuk enkapsulasi karena diameternya yang pas. Tabung nano karbon berdinding tunggal yang merangkum fullerene disebut peapod fullerene. Sifat fisik padatan tersebut sangat tergantung pada dimensi jaringan. Karena fullerene-peapod memiliki dimensi jaringan yang beragam, mereka memiliki sifat fisik yang sangat menarik. Biasanya mereka disintesis dengan menggunakan nanotube pilihan diameter sebagai pod. Studi mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi mengungkapkan bahwa rantai fullerene densitas tinggi di dalam nanotube mengisi hingga 60% molekul C60 dalam rata-rata makroskopik. Sebuah tim Jepang telah melaporkan bahwa mereka telah mengisi nanotube dengan metallofullerene - bola karbon murni melampirkan atom logam - berharap untuk cara baru untuk mengontrol sifat nanotube. Karya ini menunjukkan cara baru untuk mengeksploitasi ruang terbuka di tabung dan mungkin mendapatkan kontrol lebih besar atas propertinya. Peneliti Universitas Nagoya menempatkan buckyballs C82 yang mengandung atom gadolinium di dalam nanotube yang mengubah struktur elektronik buckyballs.Enkapsulasi Beberapa molekul seperti fullerene, metallofullerene endohedral atau alkali halida telah berhasil dimasukkan ke bagian dalam SWCNTs. Struktur yang diisi di dalam dapat mengubah atau meningkatkan sifat mekanik dan elektronik dari SWCNTs atau memungkinkan penyetelan yang baik dari parameter ini ketika diperlakukan pada suhu yang relatif tinggi. Para peneliti dari University of Ulm di Jerman menjebak atom tunggal dari disprosium logam berat di dalam bola fullerene berongga yang terdiri dari 82 atom karbon, dan membungkus serangkaian sangkar benih disprosium ini dalam nanotube karbon berdinding tunggal, dengan fullerene merangkai mereka di sepanjang nanotube membentuk peapod.Sintesis Struktur yang paling banyak dipelajari di dalam SWCNT adalah fullerene C60. Bahan yang dihasilkan disebut peapod C60. Pengisian dilakukan dengan mencampurkan C60 dan SWCNT. Campuran selanjutnya dievakuasi dan dipanaskan di atas titik sublimasi C60 selama beberapa hari. Sintesis peapod memerlukan perlakuan panas SWCNT dan fullerene disegel bersama di bawah vakum, tetapi metode ini tidak dapat diadopsi untuk tujuan produksi skala besar. Juga untuk produksi peapods, fullerene yang tidak diketahui adalah pengotor yang paling tidak diinginkan. Untuk menghilangkan fullerene yang tidak diketahui dari SWNTs dalam satu proses produksi yang khas, jelaga dipanaskan dalam vakum dan kemudian jelaga bebas fullerene direfluks dalam larutan air H2O2 untuk menghilangkan partikel karbon amorf. Akhirnya, SWNT yang dimurnikan dibentuk menjadi kertas hitam tipis dan kemudian dikeringkan dalam vakum. Karena perlakuan oksidasi menghancurkan tutup SWNT dan perlakuan HCl meningkatkan cacat pada dinding, SWNT yang dimurnikan sudah memiliki jumlah pintu masuk yang cukup untuk fullerene. Kertas SWNT dimasukkan ke dalam ampul kuarsa dengan bubuk fullerene (bubuk C60 dan C70 dalam kemurnian 99% sebagai sumber fullerene) dan ampul dievakuasi. Setelah proses pengeringan, serbuk fullerene diuapkan dan dibuat film pada kertas SWNT. Ampul disegel dan dipanaskan dalam tungku hingga 650 °C. Setelah disimpan pada suhu selama dua jam, ampul didinginkan hingga suhu kamar. Kertas SWNT disonikasi dalam toluena selama 1 jam untuk menghilangkan fullerene yang terlapisi pada permukaan SWNT. Setelah penyaringan, selembar kertas peapod diperoleh. Kemudian kertas peapod dipanaskan dalam vakum untuk menghilangkan toluena. Persiapan sampel Untuk sintesis suhu rendah dari kacang polong fullerene, bahan SWCNT komersial disiapkan dengan metode pelepasan busur dan dimurnikan menggunakan perlakuan pencucian udara dan asam suhu tinggi yang berulang. Bahan SWCNT dengan kemurnian awal rendah dimurnikan dengan tiga kali pengulangan refluks H2O2 dan etsa asam HCl. Bahan tersebut kemudian disaring dan dihilangkan gasnya dalam vakum dinamis. Dua metode pengisian yang konsisten dengan efek samping pembukaan ujung tabung yang efektif dari pemurnian SWCNT dapat diadopsi. Dimungkinkan untuk mengisi SWCNT dengan fullerene lain termasuk metallofullerens dan clusterfullerene. Keberhasilan prosedur pengisian tersebut terkait lagi dengan distribusi diameter SWCNT awal.Metode pengisian Pengisi uap Untuk mengisi fullerene dari fase uap dengan pengisian uap melibatkan penyegelan bahan SWCNT dengan fullerene dalam ampul kuarsa setelah degassing dan menjaga pada suhu yang sedikit lebih tinggi. Bahan yang dihasilkan disonikasi dalam toluena untuk menghilangkan fullerene yang tidak bereaksi, disaring, dan dikeringkan dari toluena dalam vakum dinamis untuk menghilangkan partikel fullerene yang tidak bereaksi tanpa efek yang dapat diamati pada peapods.Pengisian pelarut Pengisian fullerene ke dalam SWCNT dalam n-heksana dengan pengisian pelarut dicapai dengan mencampur bahan SWCNT dengan n-heksana dengan C60 atau C70. Bahan SWCNT yang diterima harus dikeringkan untuk menghindari kelembaban. Degassing vakum dinamis dari SWCNT sangat penting untuk pengisian pelarut karena membilasnya dalam air mencegah kemampuan pengisian pelarut lebih lanjut mungkin karena air masuk ke dalam nanotube. Campuran SWCNT, fullerene dan n-heksana disonikasi menghasilkan pelarutan parsial C60. Dari larutan C60, campuran C60 dan SWCNT yang tidak larut kemudian direfluks dan kertas bucky yang disaring dikeringkan di udara. C60 yang tidak dienkapsulasi yang menutupi kertas bucky dihilangkan dengan dua metode sonikasi yang disebutkan di atas dalam toluena atau dengan perlakuan vakum dinamis.Penggunaan Peapods fullerene dapat diubah menjadi struktur nanotube karbon dinding ganda (DWCNT) setelah anil suhu tinggi. Fullerene menyatu menjadi nanotube bagian dalam tanpa mempengaruhi sifat elektronik tetapi secara signifikan meningkatkan sifat mekanik dari sistem tabung. Stabilitas mekanis yang ditingkatkan ini menjadikan DWCNT kandidat yang menjanjikan untuk aplikasi di elektronik masa depan, tip probe untuk pemindaian mikroskop probe, perangkat emisi lapangan dan banyak lagi. Telah berspekulasi bahwa bahan-bahan seperti itu, bila tersedia dalam konsentrasi putaran yang lebih tinggi, mungkin merupakan elemen fundamental dari komputasi kuantum. Transformasi peapod yang disiapkan pelarut menjadi DWCNT dengan hasil yang identik dengan hasil dari bahan yang disiapkan dengan uap dapat digunakan untuk produksi DWCNT industri dengan kemurnian tinggi dan sangat sempurna. Fullerene di dalam nanotube dapat dikompresi oleh tekanan berat sehingga molekul tertutup di antaranya dan reaksi kimia dapat diinduksi oleh tekanan ekstrem ini membuat peapod menjadi autoklaf yang efektif. Peapod yang membungkus metallo-fullerenes menunjukkan modulasi celah pita karena transfer elektron dari metallofullerene ke karbon nanotube. Peapod tersebut telah diterapkan ke FET dengan properti perangkat baru.