Лаборатория Райса материаловеда Пуликеля Аджаяна обнаружила, что нанотрубки, которые попадают в цель, сначала превращаются в рваные скопления атомов. Но нанотрубки, которые случайно попадают в цель, распаковываются в удобные ленты, которые можно использовать в композитных материалах для повышения прочности и приложений, которые используют их желаемые электрические свойства.Исследователи Rice под руководством аспиранта Сехмуса Оздена сообщили о своем открытии в журнале Американского химического общества Nano Letters.
По словам Оздена, результат оказался неожиданным. «До сих пор мы знали, что можем использовать механические силы для укорачивания и разрезания углеродных нанотрубок. Это первый раз, когда мы показали, что углеродные нанотрубки можно распаковать с помощью механических сил».Исследователи выпустили гранулы из случайно ориентированных многослойных углеродных нанотрубок из легкого газового пистолета, построенного лабораторией Райса ученого-материаловеда Энрике Барреры при финансовой поддержке НАСА. Гранулы столкнулись с алюминиевой мишенью в вакуумной камере со скоростью около 15 000 миль в час.
Когда они осмотрели полученный углеродный щебень, они обнаружили нанотрубки, которые сначала врезались в конец мишени или под острым углом просто деформировались в смятую нанотрубку. Но трубы, которые попадают в продольную длину, на самом деле распадаются на ленты с рваными краями.
«Испытания на сверхскоростные столкновения в основном используются для моделирования удара различных снарядов по щитам, космическим кораблям и спутникам», — сказал Озден. «Мы исследовали возможные применения углеродных нанотрубок в космосе, когда получили этот результат».Эффект был подтвержден с помощью молекулярного моделирования. Они показали, что при попадании в цель многостенных трубок внешняя труба сплющивается, попадая во внутренние трубы и по очереди расстегивая их.
Одностенные нанотрубки делают прямо противоположное; когда труба сплющивается, нижняя стенка ударяется о внутреннюю часть верхней стенки, которая расстегивается от середины к краям.Озден объяснил, что равномерное распределение напряжения вдоль хлопающей по животу нанотрубки, которая во много раз длиннее своей ширины, почти одновременно разрывает углеродные связи в линии.
Исследователи заявили, что от 70 до 80 процентов нанотрубок в гранулах в той или иной степени распаковываются.Озден сказал, что этот процесс устраняет необходимость очищать химические остатки от нанолент, полученных с помощью существующих технологий. «С помощью нашего метода можно производить одностадийные, не содержащие химикатов, чистые и высококачественные графеновые наноленты.
Они являются потенциальными кандидатами для электронных материалов следующего поколения», — сказал он.Соавторы включают Педро Аутрето, научного сотрудника с докторской степенью в Государственном университете Кампинаса, Бразилия, который имеет дополнительную должность в Райс; аспирант Чандра Секхар Тивари из Райса и Индийского института науки, Бангалор; аспирант Суман Хативада из Райса; Леонардо Мачадо и Дуглас Гальвао из государственного университета Кампинаса; и Роберт Вайтаи, старший научный сотрудник Райс. Баррера — профессор материаловедения и наноинженерии.
Аджаян — профессор Бенджамина М. Райс и Мэри Гринвуд Андерсон в области машиностроения, материаловедения и химии, а также заведующий кафедрой материаловедения и наноинжиниринга.Министерство обороны, Управление научных исследований ВВС США через грант Междисциплинарного исследовательского института университета, а также Национальный совет по научному и технологическому развитию, Координация по совершенствованию кадров высшего образования и Исследовательский фонд Сан-Паулу бразильских агентств.