Углеродные нанотрубки, основу для сверхпрочных материалов, можно будет получать в промышленных масштабах: благодаря изобретению американских химиков их стоимость заметно снизится.

Нанотрубка – это полый цилиндр, который образован свернутым листом толщиной всего в один атом углерода. Вся нанотрубка, по сути, является одной молекулой, поэтому материал на основе таких нанотрубок должен быть очень прочным – ведь для его разрыва потребуется рвать уже не межмолекулярные, а межатомные связи.

Нити толщиной с леску, держащие несколько тонн, невиданной надежности бронежилеты, легкие детали для авиационной и автомобильной промышленности – все это можно получить за счет использования механических свойств нанотрубок. А поскольку углеродные цилиндры проводят электрический ток и являются полупроводниками, сфера их применения расширяется на микроэлектронику, тончайшие вживляемые электроды для прямой связи мозга с компьютерными компонентами и способную производить электроэнергию гибкую ткань.

Все возможные применения нанотрубок можно перечислять на нескольких страницах, но на практике их использованию мешают две проблемы – малая длина и высокая стоимость. Причем если длина нанотрубок не всегда критична, то вот стоимость – от $7 за грамм – слишком высока в подавляющем большинстве случаев.

Растворитель, теория и практика

Группа Маттео Пазолини, профессора химии и биомолекулярной инженерии в университете Райса разработала способ синтеза углеродных нанотрубок в растворе кислоты. Точнее, ученые доработали ранее придуманный ими и описанный еще в 2004 году метод, добившись достаточно высокого качества трубок. Способ получения в сравнительно дешевом растворе хлорсульфоновой кислоты однородных по структуре нанотрубок описан, как сообщает Nanowerk, в журнале Nature Nanotechnology.

Что это такое?

Хлорсульфоновая кислота – бесцветная жидкость с резким запахом. Получается из соляной кислоты и оксида серы, реактивов, которые уже производятся в промышленных количествах. Опасна при вдыхании паров, в классификации NFPA относится к 4 (максимальному) классу вредности – но не более вредна, чем ряд других используемых на производстве веществ (например, цианидов).

Подбор растворителя оказался нетривиальной задачей в связи с тем, что в разных жидкостях растущие нанотрубки ведут себя по-разному и предсказать их поведение достаточно сложно. Исследователи не просто пробовали разные реактивы при разных условиях: им пришлось исследовать поведение растущих трубок в разных сильных кислотах, выяснить как на процесс их формирования влияет начальный состав раствора и только после этого новая технология стала реальностью.

«Нам удалось подвести научный базис под синтез углеродных нанотрубок в растворе кислот, – говорит Пазолини, – и мы считаем, что разработанная в процессе работы теория пригодится и при синтезе других наноматериалов».

Разработка методов, при помощи которых можно формировать тонкие, в один атом листы, полусферы, трубки и другие поверхности в настоящий момент идет очень активно: за 2000-е годы ученые смогли получить сразу несколько ранее неизвестных до этого форм углерода.