Fritstående kulstof nanorør kan være tyndere end tidligere antaget muligt

(Phys.org)—Carbon nanorør (CNT'er) er kendt for deres tynde, med diametre så små som 3 ångstrøm (Å), eller 0,3 nm. Det antages generelt, at ultratynde CNT'er med diametre mindre end 3 Å er ustabile, fordi i den skala, bindingerne, der holder atomerne sammen, bliver forvrænget og fører til kollaps. Indtil nu, den tyndeste af disse CNT'er - dem, der er tyndere end 4 Å - er kun blevet fundet indespærret i en tykkere CNT. I en ny undersøgelse, Forskere har præsenteret simuleringer, der viser, at en CNT med en ydre diameter på kun 3,2 Å teoretisk kan eksistere uden indespærring og forblive stabil ved temperaturer op til 1000 K, hvilket ville gøre det til en af ​​de tyndeste CNT'er nogensinde syntetiseret.

Forskerne, Eduardo Menéndez-Proupin fra det autonome universitet i Madrid og universitetet i Chile; Ana L. Montero-Alejo fra det autonome universitet i Madrid og universitetet i Havana; og José M. García de la Vega fra det autonome universitet i Madrid, har offentliggjort deres undersøgelse i et nyligt nummer af Fysiske anmeldelsesbreve .

"Der er rapporter om CNT'er 3 ångstrøm tynde indeholdt i en tykkere CNT, " fortalte Menéndez-Proupin Phys.org . "Vores CNT kan være den tyndeste, der er i stand til at eksistere fritstående."

Som forskerne forklarer, den ultratynde CNT, som de undersøgte, er resultatet af afslapning - eller bindingsbrud - af en CNT lavet af et grafenark, der er skåret og pakket på en bestemt måde, som defineret af dens chiralitet. I dette tilfælde, den originale CNT har chiralitet (2, 1), en diameter på 2 Å, og er ustabil.

Ved at bryde visse bindinger af denne særlige CNT, forskerne teoretisk viste, at den resulterende struktur bliver stabil i vakuum, danner en 3,2-Å-tyk, ikke-standard CNT. På grund af de brudte bånd, den nye CNT består af ringe, der hver er lavet af 8 og 10 atomer. Følgelig, forskerne navngav denne struktur CNT10R, efter 10-atom-ringene.

Simuleringerne afslørede, at 10-atomringene sammen med mindre ringe danner en dobbelt helix, ligner DNA-strukturen, med skiftevis single, dobbelt, og tredobbelte bindinger. Ved at bruge Quantum ESPRESSO software, forskerne beregnede det nye nanorørs optiske og elektroniske egenskaber, som adskiller sig væsentligt fra standard CNT'er, nanobånd, og grafenplader. I stedet, CNT10R's egenskaber ligner dem for lineære kulstofkæder, hvilket tyder på, at strukturen kan opfattes som et par tvillingekæder.

"Alle kendte nanorør har form af et honeycomb gitter (grafen) rullet, og alle atomerne er tredobbelt koordinerede, " sagde Menéndez-Proupin. "De mindste ringe er 6-leddet. Strukturerne har ledige stillinger og andre mangler, men dette er mindretallet af atomer og repræsenterer generelt en stigning i energi. CNT10R har ikke 6-leddede ringe, er periodisk og stabil. Den viser alle slags bindinger. IR- og Raman-spektrene er ret forskellige fra standard CNT'er og grafen. Den tredobbelte binding er ikke hyppig i kulstofstrukturer. Tilstedeværelsen af ​​tredobbelte bindinger kunne lette specifikke kemiske reaktioner, som ikke er mulige i andre CNT'er."

At kende disse egenskaber kan hjælpe forskere med eksperimentelt at finde eller syntetisere den nye struktur i fremtiden. En mulig syntesevej kan involvere at dyrke strukturen inde i en større CNT, hvilket kan være mere teknisk muligt end at dyrke en fritstående, for nu.

"Syntese kan være mulig med eksisterende teknologi, selvom dette ikke ville være fritstående, Menéndez-Proupin sagde. "Det kan være blevet syntetiseret ved et uheld, men det er ikke blevet identificeret. Det kunne identificeres i eksisterende prøver, hvis en rørformet struktur observeres ved mikroskopi, og den samme struktur producerer et underligt spektrum, der ligner vores forudsigelser."

Copyright 2012 Phys.org
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.