Η νέα έρευνα βρίσκει νανοσωλήνες άνθρακα δείχνει σχέση αγάπης/μίσους με νερό

Οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι κυλινδρικά μόρια από άτομα άνθρακα. Είναι εξαιρετικά ισχυρά και ελαφριά και έχουν ένα ευρύ φάσμα πιθανών εφαρμογών, από ηλεκτρονικά έως φάρμακα. Ωστόσο, οι αλληλεπιδράσεις τους με το νερό δεν έχουν κατανοηθεί μέχρι τώρα.

Μια νέα μελέτη από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Berkeley, διαπίστωσε ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν σχέση αγάπης/μίσους με νερό. Από τη μία πλευρά, είναι υδρόφοβα, πράγμα που σημαίνει ότι απωθούν το νερό. Από την άλλη πλευρά, έχουν επίσης ισχυρή έλξη για τους δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι είναι οι δεσμοί που συγκρατούν τα μόρια του νερού μαζί.

Αυτή η σχέση αγάπης/μίσους έχει ορισμένες επιπτώσεις για τη χρήση νανοσωλήνων άνθρακα σε περιβάλλοντα με βάση το νερό. Για παράδειγμα, σημαίνει ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία υλικών ανθεκτικών στο νερό. Ωστόσο, σημαίνει επίσης ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα μπορούν να υποστούν βλάβη από το νερό.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η υδρόφοβη φύση των νανοσωλήνων άνθρακα οφείλεται στην παρουσία δεσμών άνθρακα άνθρακα στην επιφάνεια τους. Αυτοί οι δεσμοί είναι μη πολικοί, πράγμα που σημαίνει ότι δεν έχουν καθαρό ηλεκτρικό φορτίο. Ως αποτέλεσμα, δεν αλληλεπιδρούν έντονα με μόρια νερού.

Από την άλλη πλευρά, η έλξη των νανοσωλήνων άνθρακα στους δεσμούς υδρογόνου οφείλεται στην παρουσία ατόμων οξυγόνου στην επιφάνεια τους. Αυτά τα άτομα οξυγόνου είναι πολικά, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν καθαρό ηλεκτρικό φορτίο. Ως αποτέλεσμα, μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου με μόρια νερού.

Η αντοχή της αλληλεπίδρασης μεταξύ νανοσωλήνων άνθρακα και νερού εξαρτάται από τις σχετικές αναλογίες ατόμων άνθρακα και οξυγόνου στην επιφάνεια του νανοσωλήνα. Όσο περισσότερα άτομα άνθρακα υπάρχουν, τόσο πιο υδρόφοβη θα είναι το νανοσωλήνα. Όσο περισσότερα άτομα οξυγόνου υπάρχουν, τόσο πιο υδρόφιλο θα είναι το νανοσωλήνα.

Οι ερευνητές λένε ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη βελτίωση του σχεδιασμού των νανοσωλήνων άνθρακα για εφαρμογές με βάση το νερό. Με την κατανόηση των αλληλεπιδράσεων μεταξύ νανοσωλήνων άνθρακα και νερού, οι επιστήμονες μπορούν να σχεδιάσουν νανοσωλήνες που είναι είτε πιο υδρόφοβες είτε πιο υδρόφιες, ανάλογα με την επιθυμητή εφαρμογή.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Materials.