Νανοσωλήνες από άνθρακα για τους ηλιακούς συλλέκτες

Από σελίδα του Scientific American, 15 Σεπτεμβρίου 2003

Οι νανοσωλήνες από άνθρακα -- μικροσκοπικοί κύλινδροι από καθαρό άνθρακα -- έχει ενδιαφέρουσες ηλεκτρικές ιδιότητες. Πράγματι, έχουν χρησιμοποιηθεί ήδη για να κατασκευαστούν από το υλικό αυτό μικροσκοπικά τρανζίστορ και νανοσύρματα. Τώρα όμως οι επιστήμονες λένε ότι οι μικροσκοπικοί αυτοί κύλινδροι μπορούν μια ημέρα να βρουν κι άλλες χρήσεις, για παράδειγμα στους ηλιακούς συλλέκτες, που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Οι ερευνητές αναφέρουν στην πιο πρόσφατη διεθνή έκδοση του περιοδικού Angewandte Chemie, ότι έχουν πετύχει οι σωλήνες να συνδεθούν με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να δίνουν ηλεκτρόνια όταν εκτίθενται στο ορατό φως.

Για να κάνει την αλλαγή των νανοσωλήνων, ο Dirk Guldi του Πανεπιστημίου Notre Dame προσήρτησε μόρια μιας ένωσης του σιδήρου με κυκλοπενταδιένιο (ferrocene), με μοριακό τύπο Fe(C₅H₅)₂ στα τοιχώματά τους. Αυτή η ένωση αποτελείται από δύο επίπεδα δαχτυλίδια των πέντε ατόμων άνθρακα και ανάμεσά τους ένα άτομο σιδήρου. Η ένωση αυτή είναι γνωστή για την τάση της να δίνει τα ηλεκτρόνιά της.

Οι επιστήμονες καθόρισαν ότι όταν εξέθεσαν τους αλλαγμένους νανοσωλήνες στο ορατό φως, τα άτομα του άνθρακα στα τοιχώματα των σωλήνων δέχονται τα ηλεκτρόνια που φεύγουν από τα μόρια ferrocene. "Αυτός ο διαχωρισμός του φορτίου έχει μεγάλη διάρκεια ζωής για μπορεί να χρησιμοποιηθούν τα ηλεκτρόνια," σημειώνει ο Guldi.

Αυτή είναι η πρώτη φορά που υβριδικά συγκροτήματα νανοσωλήνων έχουν αποδειχθεί ότι μπορεί να  υποβληθούν σε τέτοια μεταφορά ηλεκτρονίων. Και δεν χρειάστηκε και πολύ: οι ερευνητές πρόσθεσαν μόνο μια ομάδα αυτής της ένωσης του σιδήρου για κάθε 100 άτομα άνθρακα στους νανοσωλήνες. Τα αποτελέσματα, παρατήρησε ο Guldi, ικανοποιούν "τα πρώτα κριτήρια για την ανάπτυξη των ηλιακών συλλεκτών βασισμένα στον τροποποιημένο άνθρακα των νανοσωλήνων."

Οι νανοσωλήνες πρόκειται να αποτελέσουν τα πλέον επαναστατικά υλικά του 21ο αιώνα και οι σωλήνες από άνθρακα είναι μακρείς λεπτοί κύλινδροι από άνθρακα που σχηματίζονται τυλίγοντας μονο-ατομική στρώση γραφίτη σε ένα κύλινδρο. Είναι εξαιρετικώς μικρά σε μέγεθος και μια δέσμη από 1.000.000 νανοσωλήνες άνθρακα είναι σαν μια τρίχα. Η ανακάλυψη τους το 1991, πυροδότησε μεγάλες και ταχύτατες έρευνες σε όλο τον κόσμο για πρακτικές εφαρμογές.

Αυτοί οι νανοσωλήνες δεν υπάρχουν στη φύση και σχηματίζονται κάτω από ειδικές συνθήκες. Ενώ με τις παραδοσιακές τεχνικές κατασκευής είναι συνήθως μεγάλοι σε μέγεθος, με τις νέες πρωτοποριακές τεχνικές οι επιστήμονες έφτασαν στο θεωρητικό όριο του μεγέθους ενός ατόμου.