Peapod Fullerene: Enkapsulasi, Sintesis, dan Aplikasi dalam Nanoteknologi
Peapod Fullerene
Nanotub karbon satu dinding (SWNT) menciptakan ruang dalam terlindungi yang dapat diisi dengan molekul seperti fulleren. Saat C60 atau spesies fulleren lain dikapsulasi di dalam SWNT, hasil gabungan dikenal sebagai peapod fullerene. Struktur ini menggabungkan properti elektronik unik dari kedua komponen dan menunjukkan perilaku fisik yang bergantung pada dimensi.
Enkapsulasi
Fulleren, metalofulleren endohedral, dan halida alkali semuanya telah berhasil disisipkan ke dalam interior SWNT. Spesies yang dikapsulasi dapat memodifikasi atau meningkatkan karakteristik mekanik dan elektronik dari tabung host, dan properti dapat disesuaikan dengan perlakuan panas pasca. Misalnya, peneliti Universitas Nagoya menyisipkan kandang C82 yang didoping Gd ke dalam SWNT, mencapai perpindahan yang dapat diukur dalam struktur elektronik buckyball.
Sintesis
Peapod yang paling umum adalah peapod C60. Pembuatannya biasanya melibatkan campuran SWNT yang telah difurnisihkan dengan serbuk C60, menguapkan campuran, dan memanaskannya di atas titik sublimasi C60 selama beberapa hari. Meski efektif, metode vakum-panas ini tidak dapat diskalakan dan dapat menimbulkan penasapan fulleren yang tidak diinginkan.
Untuk mengurangi penasapan, protokol pembersihan umumnya memanaskan kotor dalam vakum, lalu merefluks kotoran bebas fulleren dalam larutan H2O2 untuk menghilangkan karbon amorf. SWNT yang dihasilkan, sekarang dicap dan kaya cacat, ditekan menjadi kertas hitam tipis, dikeringkan di bawah vakum, dan siap untuk diisi.
Persiapan Sampel
SWNT komersial yang berasal dari arc-discharge difurnisihkan dengan cuci udara dan asam berulang pada suhu tinggi, diikuti oleh merefluks H2O2 tiga kali dan etching HCl. Setelah filtasi dan degaas, kertas SWNT siap untuk diisi melalui uap atau pelarut, tergantung pada spesies fulleren yang diinginkan dan distribusi diameter tabung.
Metode Pengisian
Pengisian Uap
SWNT dan serbuk fulleren diampulkan dalam ampul kuarsa, diugaas, dan dipanaskan pada suhu modest. Produk kemudian di sonikasi dalam toluen untuk menghilangkan fulleren yang tidak bereaksi, difilter, dan dikeringkan di bawah vakum dinamis.
Pengisian Pelarut
Dalam n-heksana, SWNT dicampur dengan C60 atau C70. Setelah dikeringkan untuk menghilangkan kelembaban, campuran di sonikasi untuk sebagian melarutkan C60. Larutan yang dihasilkan direfluks, difilter, dan buckypaper yang dihasilkan dicuci dengan toluen atau ditetapkan di bawah vakum untuk menghilangkan fulleren yang terikat pada permukaan.
Aplikasi
Setelah aniling suhu tinggi, peapod fullerene bertransformasi menjadi nanotub karbon dinding ganda (DWCNT) saat fulleren gabung menjadi tabung dalam. DWCNT mempertahankan properti elektronik dari host sambil menawarkan kekuatan mekanis yang superior, membuatnya menarik untuk perangkat elektronik, ujung probe skaning, katoda emisi medan, dan elemen komputasi kuantum potensial.
Peapod yang berisi metalofulleren menunjukkan modulasi jarak energi karena transfer elektron antara inti logam dan host karbon, memungkinkan desain FET yang baru. Di bawah tekanan ekstrem, peapod dapat bertindak sebagai otomikro, mempromosikan reaksi dalam ruang yang terbatas.
